Ciemne obiekty zwane brązowymi karłami, mniej masywne niż Słońce lecz bardziej masywne niż Jowisz, charakteryzują się silnymi wiatrami i układami chmur – szczególnie gorące, lokalne chmury zbudowane z kropli żelaza i krzemowego pyłu. Naukowcy niedawno uświadomili sobie, że te olbrzymie chmury mogą przemieszczać się gwałtownie nabierając lub tracąc masę w przeciągu jednego ziemskiego dnia. Jak na razie jednak nie wiadomo dlaczego tak się dzieje.
Teraz badacze opracowali nowy model tłumaczący w jaki sposób chmury przemieszczają się i zmieniają kształt w atmosferze brązowego karła. Model opiera się na danych z Kosmicznego Teleskopu Spitzer. Gigantyczne fale powodują wielkoskalowe ruchy cząstek w atmosferze brązowego karła, prowadzące do zmiany grubości krzemowych chmur – donoszą badacze w periodyku Science. Ich badania wskazują także, że owe chmury zorganizowane są w pasma ograniczone do różnych szerokości geograficznych. W każdym pasmie wiatry i chmury poruszają się z inną prędkością.
„To pierwszy raz w historii kiedy udało nam się zaobserwować pasma atmosferyczne i fale w atmosferze brązowych karłów”, mówi główny autor opracowania Daniel Apai, profesor astronomii i planetologii na University of Arizona w Tucson.
W atmosferach planetarnych, tak jak w ziemskich atmosferach, mogą powstawać różnego rodzaju fale. Dla przykładu, w atmosferze Ziemi bardzo długie fale prowadzą do mieszania zimnego powietrza znad obszarów polarnych z cieplejszym z innych rejonów, co często prowadzi do powstawania i zanikania chmur.
Rozkład i ruchy chmur na brązowych karłach bardziej przypominają te obserwowane na Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Neptun także posiada struktury chmur uporządkowane w pasma, jednak jego chmury zbudowane są z lodu. Obserwacje Neptuna prowadzone za pomocą teleskopu Kepler w ramach misji K2 były wykorzystywane w ramach opisywanych tu badań do porównania chmur w atmosferach planetarnych z chmurami w atmosferach brązowych karłów.
„Wiatry w atmosferach brązowych karłów wydają się przypominać chmury w atmosferze Jowisza bardziej niż chaottyczne wiatry w atmosferze Słońca czy innych gwiazd”, dodaje współautor opracowania Mark Marley z NASA Ames Research Center w Dolinie Krzemowej.
Brązowe karły uważane są za nieudane gwiazdy, ponieważ ich masa nie wystarcza do rozpoczęcia procesów fuzji pierwiastków chemicznych w ich jądrach. Można także o nich myśleć jak o super planetach, ponieważ są znacznie masywniejsze od Jowisza choć rozmiarami go przypominają. Podobnie do gazowych olbrzymów, brązowe karły zbudowane są głównie z wodoru i helu, jednak zazwyczaj nie stanowią elementu żadnego układu planetarnego.
Z uwagi na ich podobieństwo do olbrzymich egzoplanet, brązowe karły stanowią okno do badania układów planetarnych. Są one łatwiejsze w badaniu zważając na fakt, że w ich pobliżu nie znajdują się gwiazdy macierzyste, które mogłyby je przesłaniać.
„Całkiem możliwe, że pasmowe struktury i potężne fale atmosferyczne, które odkryliśmy na brązowych karłach, będą także powszechne w atmosferach olbrzymich egzoplanet”, dodaje Apai.
Wykorzystując teleskop Spitzer naukowcy monitorowali zmiany jasności sześciu brązowych karłów na przestrzeni ponad roku, obserwując każdego z nich przez 32 obroty wokół własnej osi. Wraz z obrotem na obserwowanej półkuli wschodzą i zachodzą kolejne chmury prowadząc do zmian jasności brązowego karła. Naukowcy następnie przeanalizowali tą zmienność jasności w celu zrozumienia rozkładu chmur krzemowych w atmosferze.
Badacze zakładali, że brązowe karły będą posiadały eliptyczne burze przypominające chociażby Wielką Czerwoną Plamę na Jowiszu. Owa plama obecna jest w atmosferze Jowisza od kilkuset lat ulegając niewielkim i powolnym zmianom: jednak takie „plamy” nie tłumaczą gwałtownych zmian jasności obserwowanych na brązowych karłach. Poziom jasności brązowych karłów jest w stanie zmienić się znacząco w ciągu zaledwie jednego dnia ziemskiego. Dlatego też naukowcy musieli ponownie przeanalizować swoje założenia dotyczące procesów zachodzących w atmosferach brązowych karłów. Najlepszy model tłumaczący obserwowane zmiany jasności obejmuje duże fale przemieszczające się w atmosferze z różnymi prędkościami.
Źródło: NASA
