Космический телескоп NASA SPHEREx исследует тысячи коричневых карликов — объектов, занимающих промежуточное положение между звёздами и планетами. Анализ наблюдений 37 таких тел выявил в их атмосферах воду, метан, углекислый и угарный газы. При этом даже объекты с одинаковой температурой могут заметно различаться по химическому составу и свойствам атмосферы.
Что такое коричневые карлики
Коричневые карлики формируются из сжимающихся облаков газа, подобно звёздам, но не набирают достаточной массы, чтобы поддерживать устойчивый термоядерный синтез водорода в своих ядрах. Поэтому они не становятся полноценными звёздами, хотя и излучают тепло, постепенно остывая.
По некоторым свойствам эти объекты напоминают газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн. Однако многие коричневые карлики существуют самостоятельно, не обращаясь вокруг звезды. Их атмосферы могут содержать сложные облака и химические соединения, а изменения температуры влияют на то, какие вещества преобладают в наблюдаемом спектре.
Коричневые карлики известны с 1990-х годов, но подробно исследовать их с помощью космических телескопов удалось лишь в небольшом числе случаев. Поэтому учёные во многом опираются на теоретические модели, описывающие их состав, атмосферные процессы и эволюцию.
102 оттенка света для изучения атмосфер
В новом исследовании учёные проанализировали наблюдения 37 близлежащих коричневых карликов, охватывающих широкий диапазон температур — примерно от 2200 до −20 °C. Телескоп SPHEREx измеряет яркость объектов в 102 диапазонах света, от видимого красного до инфракрасного излучения. Полученные данные позволяют составить спектр каждого объекта и определить характерные признаки присутствующих в его атмосфере молекул.
В спектрах исследованных коричневых карликов обнаружены признаки воды, углекислого газа, угарного газа и метана. Эти молекулы по-разному поглощают свет на определённых длинах волн, оставляя характерные особенности в спектре. Сравнивая их, астрономы могут изучать химический состав атмосферы и отслеживать, как он меняется в зависимости от температуры и возраста объекта.
Особенно интересны коричневые карлики, в атмосферах которых облака постепенно истончаются, открывая более глубокие слои, богатые метаном. Существующие модели в целом воспроизводят ожидаемые изменения химического состава, но пока не всегда согласуются с наблюдениями во время таких переходов. Даже при сходной температуре спектры разных объектов могут заметно отличаться.
Тысячи объектов для дальнейшего анализа
Исследование 37 коричневых карликов — лишь начало более масштабной работы. По данным NASA, SPHEREx уже наблюдает тысячи таких объектов, и их спектры продолжают анализировать. Широкий диапазон длин волн даёт телескопу возможность изучать атмосферные признаки, которые трудно или невозможно надёжно наблюдать с поверхности Земли: часть инфракрасного излучения поглощается земной атмосферой.
При этом изучение коричневых карликов — лишь одна из задач миссии. SPHEREx ежедневно получает около 3600 изображений, из которых составляются карты всего неба. Они помогут исследовать распределение сотен миллионов галактик и раннюю историю Вселенной. Телескоп также ищет химические компоненты, связанные с возникновением жизни, и межзвёздный лёд, который мог бы доставлять воду на формирующиеся планеты.
Результаты исследования коричневых карликов опубликованы в журнале The Astrophysical Journal. Дальнейший анализ наблюдений SPHEREx позволит проверить существующие модели атмосфер и лучше понять, как эти необычные объекты меняются со временем.
