Астрофизики из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения NASA при помощи космического телескопа SPHEREx получили детальные спектры 33 близлежащих коричневых карликов, расположенных на удалении от 7 до 100 световых лет от Солнца. Масштабное сопоставление этих спектральных отпечатков с фундаментальными теоретическими расчетами показало, что ведущие математические модели атмосфер субзвездных объектов ошибочны и требуют радикального пересмотра. Это открытие имеет решающее значение для астрономии, поскольку заставляет ученых усомниться в корректности общепринятых представлений о физике и химии газовых оболочек не только несостоявшихся звезд, но и планет-гигантов.
Несостоявшиеся звезды под инфракрасным прицелом
Коричневые карлики по праву называют промежуточным звеном между массивными газовыми гигантами и полноценными звездами. Обладая массой от 13 до 80 масс Юпитера, они так и не смогли запустить в своих ядрах стабильную термоядерную реакцию горения обычного водорода. На протяжении миллиардов лет эти объекты медленно остывают, постепенно сжимаются под действием собственной гравитации и раскручиваются вокруг оси. Изучать их сложно из-за низкой светимости, однако тепловое излучение горячих недр просачивается наружу сквозь плотные верхние слои атмосферы, где молекулы газов поглощают свет на строго определенных длинах волн.
До недавнего времени астрономам приходилось опираться на снимки телескопов 2MASS и WISE с широкополосными фильтрами. Они давали лишь общее представление о цвете небесного тела, но скрывали тонкую структуру его химического состава. Ситуацию изменил запуск космического телескопа SPHEREx. Аппарат сканирует небесную сферу сразу в 102 непрерывных спектральных каналах от 0,75 до 5 микрометров. Этот охват перекрывает до 80 процентов тепловой энергии, выделяемой коричневыми карликами, позволяя регистрировать спектральные подписи метана, водяного пара, угарного и углекислого газа.
Крах теоретических расчетов и загадка атмосферы
Группа исследователей под руководством Зафара Рустамкулова составила выборку из 33 объектов трех самых холодных спектральных классов: L-карликов с температурой около 2200 градусов Цельсия, умеренно прохладных T-карликов с показателями от 700 до 1000 градусов и ледяных Y-карликов, где температура опускается до минус 20 градусов. Затем данные телескопа сопоставили с пятью наиболее авторитетными компьютерными моделями: Sonora Diamondback, Sonora Elf Owl, BT-Settl, ATMO2020 и ATMO2020++. Ни одна из существующих программ не смогла точно описать полученную картину.
Все модели столкнулись с трудностями при прогнозировании потока излучения в диапазоне от 1 до 2,5 микрометра и пропустили важное окно прозрачности в районе 4 микрометров, сквозь которое инфракрасные лучи легко уходят в открытый космос. Более того, пытаясь математически компенсировать нехватку понимания химии, алгоритмы рассчитывали геометрические радиусы карликов с погрешностью от 20 до 50 процентов, выдавая физически невозможные результаты.
Единственное совпадение исследователи зафиксировали при анализе превращения углерода. Спектры показали, что по мере остывания карлика ниже 1000 кельвинов угарный газ стремительно сменяется метаном. Это поведение смогла повторить лишь модель Sonora Elf Owl, но только при условии слабого вертикального перемешивания слоев. Такая стабильность отличает коричневые карлики от динамичной атмосферы Юпитера, где конвективные вихри и бурное перемешивание газов идут непрерывно.
Взгляд редакции SpaceDiscover
Коричневые карлики представляют собой идеальные природные стенды для физики планетных атмосфер, поскольку они изолированы от мощного излучения родительских звезд, способного искажать спектроскопию. Провал пяти ведущих расчетных моделей говорит о том, что современные знания о поведении газов, формировании облаков и конденсации силикатов в экстремальных условиях пока весьма неполны. Впрочем, обзорная программа SPHEREx только началась: за два года телескоп каталогизирует тысячи подобных объектов, обеспечив астрофизиков долгожданным эмпирическим базисом для фундаментальной перенастройки теоретических алгоритмов.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
