Космічний телескоп NASA SPHEREx досліджує тисячі коричневих карликів — об’єктів, що посідають проміжне місце між зорями та планетами. Аналіз спостережень 37 таких тіл виявив у їхніх атмосферах воду, метан, вуглекислий та чадний гази. Водночас навіть об’єкти з однаковою температурою можуть помітно відрізнятися хімічним складом і властивостями атмосфери.
Що таке коричневі карлики
Коричневі карлики формуються зі стислих газових хмар, подібно до зір, але не набирають достатньої маси, щоб підтримувати стійкий термоядерний синтез водню у своїх ядрах. Тому вони не стають повноцінними зорями, хоча випромінюють тепло й поступово охолоджуються.
За деякими властивостями ці об’єкти нагадують газові гіганти, такі як Юпітер і Сатурн. Проте багато коричневих карликів існують самостійно, не обертаючись навколо зорі. Їхні атмосфери можуть містити складні хмарні утворення та хімічні сполуки, а зміни температури впливають на те, які речовини переважають у спектрі випромінювання.
Коричневі карлики відомі з 1990-х років, але детально досліджувати їх за допомогою космічних телескопів вдалося лише в порівняно невеликій кількості випадків. Тому вчені значною мірою спираються на теоретичні моделі, які описують їхній склад, атмосферні процеси та еволюцію.
102 діапазони світла для вивчення атмосфер
У новому дослідженні науковці проаналізували спостереження 37 коричневих карликів, розташованих відносно близько до Сонця. Вони охоплюють широкий діапазон температур — приблизно від 2200 до −20 °C. Телескоп SPHEREx вимірює яскравість об’єктів у 102 діапазонах світла — від червоної частини видимого спектра до інфрачервоного випромінювання. Отримані дані дають змогу побудувати спектр кожного об’єкта й визначити характерні ознаки молекул у його атмосфері.
У спектрах досліджених коричневих карликів виявлено ознаки води, вуглекислого газу, чадного газу та метану. Ці молекули по-різному поглинають світло на певних довжинах хвиль, залишаючи характерні особливості у спектрі. Порівнюючи їх, астрономи можуть вивчати хімічний склад атмосфери та простежувати, як він змінюється залежно від температури й віку об’єкта.
Особливий інтерес становлять коричневі карлики, в атмосферах яких хмари поступово розсіюються або стають менш щільними, відкриваючи глибші шари, багаті на метан. Наявні моделі загалом відтворюють очікувані зміни хімічного складу, але не завжди узгоджуються зі спостереженнями під час таких переходів. Навіть за подібної температури спектри різних об’єктів можуть помітно відрізнятися.
Тисячі об’єктів для подальшого аналізу
Дослідження 37 коричневих карликів — лише початок масштабнішої роботи. За даними NASA, SPHEREx уже спостерігає тисячі таких об’єктів, а їхні спектри продовжують аналізувати. Широкий діапазон довжин хвиль дає телескопу змогу вивчати спектральні ознаки, які складно або неможливо надійно спостерігати із Землі: частину інфрачервоного випромінювання поглинає земна атмосфера.
Водночас дослідження коричневих карликів — лише одне із завдань місії. SPHEREx щодня отримує близько 3600 зображень, з яких створюють карти всього неба. Вони допоможуть дослідити розподіл сотень мільйонів галактик і ранню історію Всесвіту. Телескоп також шукає хімічні компоненти, пов’язані з виникненням життя, та міжзоряний лід, який міг доставляти воду на планети, що формувалися.
Результати дослідження коричневих карликів опубліковано в журналі The Astrophysical Journal. Подальший аналіз спостережень SPHEREx дасть змогу перевірити наявні моделі атмосфер і краще зрозуміти, як ці незвичайні об’єкти змінюються з часом.
