Bild wikipedia. Fotografisekvens tagen med WISE- och Spitzerteleskopet av WISE 0855−0714 Observationsdata Epok: J2000.0 En värld i Jupiter-storlek bara 7,5 ljusår bort som är molnig kemiskt komplex.
Med hjälp av James Webb Space Telescope och under ledning av Brittany Miles, biträdande astronom vid University of Arizona Steward Observatory medlem av ett team som tillbringade 11timmar med att se på WISE 0855, den kallast kända bruna dvärgstjärnan. Man samlade in ett spektrum av dess ljus var 15:e minut. Resultatet är det mest detaljerade tidsserieporträttet som någonsin tagits av denna iskalla värld och den första direkta bekräftelsen på att vattenmoln (samma slag av moln som sveper runt jorden) här ändrar tjocklek över tid precis som vädret på jorden.
"Det här är första gången vi kunnat bekräfta att vattenmoln blir tunnare och tjockare på en närliggande värld," beskriver Miles, postdoktoral forskare vid Steward Observatory. "Före JWST hade vi bara fotometri (den totala fysiska energin hos elektromagnetisk strålning watt) som blandade ihop effekterna av moln, kemi och temperatur tillsammans. Nu kan vi skilja detta åt."
Bruna dvärgar befinner sig på en märklig mellanväg. För massiva för att vara planeter och för små för att tändas upp som stjärnor: De lyser svagt med kvarvarande värme från sin bildning. WISE 0855 är ungefär -8 celcius kallare än jordens medeltemperatur på sin yta. Den har dubbelt så stor massa som jorden och nästan dubbelt så stor och beter sig på många sätt som en fritt flytande jätteplanet.
Att förstå dess atmosfär kräver att man ser på världen genom det som medförfattaren till studien Mark Marley, chef och avdelningschef för Lunar and Planetary Laboratory vid Universiy of Arizona beskriver det som att. "Fotonerna sveper genom atmosfären och försvinner ut i rymden. Det är som att titta på världen genom en skärmdörr, där skärmen filtrerar ut lite av ljuset. Vi lär oss om världen på båda sidor av skärmen men vi måste också förstå själva skärmen."
I det här fallet ändras skärmen hela tiden. När WISE 0855 roterar roterar olika partier av dess yta in i bilden, var och en med något olika molntäcke och temperatur. Det är som att se ett långsamt roterande lapptäcke av varmare och kallare regioner. JWST:s mediumupplösta spektrograf var tillräckligt känslig för att följa dessa skillnader över enskilda molekylära egenskaper något som inget tidigare observatorium kunnat åstadkomma för ett så kallt objekt.
Utöver de varierande temperaturer som följde rotationen av den bruna dvärgen, fångade spektrografen också en rytmisk vågliknande signal kopplad till specifika gaser i detta fall kolmonoxid och fosfin. Dessa kemikalier varierar eftersom värme från djupet i den bruna dvärgen ständigt rör upp dem mot ytan, på samma sätt som en gryta med het soppa trycker upp varmare vätska från botten.
Denna typ av kemisk signal är bekant för planetforskare. På Jupiter gräver konvektiv blandning gaser från djupa heta lager upp i den synliga atmosfären. Samma process, kallad obalanseringskemi, har observerats hos bruna dvärgar tidigare men att se den variera i realtid, molekyl för molekyl, är nytt.
"Vi ser vattenmoln bli tjockare och tunnare, djupa gaser stiga och falla och vi kan se dem förändras i realtid," beskriver Miles.
Miles påtalar att det verkliga värdet av denna upptäckt inte bara är vad den visar om WISE 0855 specifikt utan vad den antyder om planetatmosfärer i stort. Den grundläggande fysiken bakom konvektion, moln och kemi som styr Jupiter styr också denna kalla, fritt flytande värld ovan. Om den fysiken är universell, gäller den även för de gasjätte-exoplaneter därute som astronomer nu börjat studera på med JWST (James Webb teleskopet).
"Även om bruna dvärgar inte är riktiga planeter (ses som misslyckade stjärnbildningar), uppvisar de planetliknande beteende," beskriver Miles. "Det finns ett spektrum av beteenden inte en tydlig gräns mellan bruna dvärgar och planeter. Jupiter och detta objekt ser tydligt olika ut, men de har liknande vädermönster. Det finns grundläggande fysik och kemi som kan tillämpas på alla dessa liknande världar."
Studien är publicerad i The Astrophysical Journal, och här beskrivs att WISE 0855:s atmosfär formas av minst två distinkta processer som utspelar sig samtidigt: vattenmoln på hög höjd som blir tjockare och tunnare när objektet roterar och att djupa kemiska gaser som sugs uppåt av konvektion från det inre. Att reda ut dessa två signaler – som tidigare var omöjligt med tidigare teleskop är det som gör JWST-data så kraftfulla.
