Международная группа исследователей с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST) изучила погодные условия на далёкой экзопланете. Объектом наблюдения стал коричневый карлик SIMP J0136+09, известный также как SIMP 0136, который находится примерно в 20 световых годах от Земли в созвездии Рыб. Для анализа учёные применили метод главных компонент (Principal Component Analysis, PCA) — статистический подход, который упрощает сложные данные, сохраняя взаимосвязанные переменные и отбрасывая остальные.
Результаты показали, что погода на SIMP 0136 определяется двумя основными процессами: изменением температуры и вертикальной структурой облаков. Исследование проводилось в рамках программы JWST General Observer Program 3548, в ходе которой велись наблюдения временных рядов и спектроскопия низкого разрешения с использованием ближнего инфракрасного спектрографа (NIRSpec) и прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI). Итоги работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Как и все коричневые карлики, SIMP 0136 крупнее и горячее газового гиганта, но его массы недостаточно для запуска термоядерных реакций и превращения в звезду. В его атмосфере формируются облачные системы размером с планету, которые быстро меняются и постоянно alter (изменяют) то, что видят астрономы. Несмотря на внешнюю хаотичность, поведение объекта отличается упорядоченностью. Благодаря высокой чувствительности приборов JWST удалось зафиксировать незначительные колебания яркости при вращении карлика, связанные со сменой погодных условий.
Вместо сложного моделирования атмосферы метод главных компонент позволил отделить крупные изменения яркости от мелких флуктуаций и случайного шума. Это помогло выявить ключевые процессы в данных и описать атмосферу, изменения в которой объясняются тремя повторяющимися погодными сценариями: более горячими областями с тонкими облаками и более холодными зонами с плотными, вертикально протяжёнными облаками. «В относительном выражении SIMP 0136 — один из коричневых карликов, от которых нам легче получать качественные данные. Эти данные уже изучались устоявшимися методами, что позволило сравнить часть результатов нового подхода с тем, что нам уже известно об этом объекте. Техника также помогла лучше понять, что определяет погоду на этом далёком мире и как эти погодные картины взаимодействуют и сосуществуют, но, возможно, ещё важнее то, что она показывает, как этот подход можно дорабатывать и применять к другим, менее изученным коричневым карликам в разных частях космоса», — приводит слова ведущего автора работы, аспиранта физического факультета Тринити-колледжа в Дублине Мерле Шрадер, пресс-релиз учебного заведения.
Понимание погоды на таких объектах, как SIMP 0136, открывает возможности для изучения физики атмосфер газовых гигантов. В отличие от других планет, коричневые карлики можно наблюдать напрямую, что позволяет проверять гипотезы об образовании облаков, атмосферной циркуляции и переносе тепла в экстремальных условиях. Способность команды различать тонкие погодные детали на далёком объекте свидетельствует о мощности инструментов JWST и прогрессе в этой области. «Наши результаты изменят то, как астрономы будут анализировать будущие наблюдения JWST. Поскольку наш подход быстро выявляет доминирующие компоненты атмосферы, он служит эффективным первым шагом перед началом ресурсоёмкого моделирования, — сказала соавтор работы, доцент физического факультета Тринити-колледжа Джоанна Вос. — Применение этой техники к широкому кругу коричневых карликов и гигантских экзопланет поможет нам лучше понять разнообразные погодные системы, формирующие миры далеко за пределами Солнечной системы».
Одна из главных задач JWST — наблюдать отражённый свет экзопланет и получать спектры, раскрывающие химический состав их атмосфер. Это важный шаг к определению того, может ли экзопланета поддерживать жизнь. Когда в ближайшие недели начнёт работу космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» (Nancy Grace Roman Space Telescope), астрономы рассчитывают напрямую получать изображения меньших экзопланет, обращающихся ближе к своим звёздам, где вероятно обнаружение каменистых планет, похожих на Землю.