Космический телескоп James Webb впервые позволил подробно изучить атмосферы самых холодных коричневых карликов — объектов, находящихся на границе между звёздами и планетами. Новое исследование охватывает 22 коричневых карлика спектральных классов T и Y и показывает, как меняются облака, химический состав и физические процессы в их атмосферах по мере снижения температуры.
Коричневые карлики класса Y — одни из самых холодных и тусклых объектов во Вселенной. Их температура может опускаться до 350–400 К, что сопоставимо с температурой горячей печи, а не звезды. Именно поэтому до запуска JWST их атмосферы оставались плохо изученными: прежним телескопам не хватало чувствительности и диапазона длин волн.
JWST и новый взгляд на холодные атмосферы
В работе использованы наблюдения инструментов NIRSpec и MIRI, охватывающие диапазон от 1 до 12 микрон. Это позволило увидеть ключевые молекулярные полосы воды, метана, аммиака, угарного газа и углекислого газа. Для анализа данных учёные применили два независимых подхода: классическое байесовское моделирование атмосфер и методы машинного обучения на основе случайных лесов.
Оба метода дали согласованные результаты, что усиливает доверие к выводам. Особенно важно, что данные JWST позволяют отличать реальные атмосферные эффекты от ограничений моделей, с которыми сталкивались более ранние исследования.
Есть ли облака у самых холодных карликов?
Один из главных вопросов — играют ли облака решающую роль в формировании спектров поздних T- и Y-карликов. Оказалось, что для более тёплых объектов (T6–T8) лучше всего подходят модели без облаков. А вот у более холодных карликов ситуация сложнее: в одних случаях спектры лучше объясняются наличием серых облаков, в других — облака не обязательны.
Особенно показателен объект WISEPA J1541–22 класса Y1. Для него данные уверенно указывают на наличие плотного облачного слоя и одновременно — на необычно высокое содержание CO и CO₂. Это говорит о вертикальном перемешивании атмосферы, при котором газы из более горячих глубин поднимаются вверх, нарушая химическое равновесие.
Химия вне равновесия
По мере снижения температуры вдоль последовательности T–Y возрастает содержание воды, метана и аммиака, что полностью согласуется с теорией. Однако обнаружение CO и CO₂ в таких холодных атмосферах стало важным подтверждением того, что химия здесь далека от статического равновесия.
JWST также позволил лучше понять, какие именно участки спектра несут ключевую информацию. Например, метан наиболее заметен около 3,3 микрометра, аммиак — в диапазоне 10–11 микрон, а вода влияет на спектр сразу в нескольких диапазонах. Эти данные помогут точнее планировать будущие наблюдения.
Почему это важно
Коричневые карлики — естественные аналоги газовых гигантов и экзопланет с холодными атмосферами. Понимание того, как формируются облака, как работает вертикальное перемешивание и какие молекулы доминируют при низких температурах, напрямую помогает интерпретировать спектры экзопланет.
Результаты показывают, что JWST способен не просто фиксировать наличие молекул, но и «разбирать» сложную физику атмосфер. Это делает его ключевым инструментом для изучения самых холодных и загадочных миров за пределами Солнечной системы.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
