Bild wikipedia Konstnärs tolkning av SIMP J013656.5+093347 och dess aurora.
Med observationer från NASAs James Webb Space Telescope (JWST) använde teamet från Trinity College Dublin, The University of Dublin en statistisk teknik kallad Principal Component Analysis (PCA) för att följa hur objektets ljus förändras när det roterar. PCA förenklar komplex data genom att identifiera de huvudsakliga mönstren som förändras tillsammans under observationerna i tid.
I denna studie är dominerande mönster kopplade till väderrelaterade förändringar i den undersökta bruna dvärgens atmosfär (i detta fall SIMP 0136) huvudarbetet vilket innefattade att de skiljde på mindre fluktuationer och slumpmässigt "brus" i datan som samlades in.
Forskarna kunde med hjälp av metoden identifiera de viktigaste fysiska processerna direkt ur datan. Vilken visade små förändringar i ljusstyrkan hos planetens massa när den roterade DEtta kunde ses tack vare JWST:s instruments exceptionella känslighet. I studien beskrivs (se nedan) att atmosfären på SIMP 0136 är på ett organiserat sätt, snarare än oorganiserat och slumpmässigt.
Den bruna dvärgen är större och hetare än en gasjätteplanet,
men inte tillräckligt massiv för att lysa som en stjärna. Dess atmosfär
domineras av enorma, snabbt föränderliga molnsystem. Molnsystemet är mindre omfattande än jordens och mer som en extrem version av Jupites, med planetstora
vädermönster som ständigt förändras (om
man nu inte ser tidslängden på Jupiters stora storm den så kallade röda fläcken).
"Vi upptäckte att drivkrafterna bakom vädermönstren på SIMP-0136 kvarstår över tid, även när atmosfärens detaljerade utseende utvecklas över mer än ett dussin rotationer," beskriver huvudförfattaren till studien Merle Schrader, doktorand vid Trinitys fysikskola.
"Relativt sett är SIMP 0136 en av de bruna dvärgar som är lättast för oss på jorden att studera och fånga högkvalitativ data från. Den befinner sig 20 ljusår bort i södra delen av stjärnbilden Fiskarna. Ny teknik har också hjälpt oss att utveckla en bättre förståelse för vad som driver vädret på denna avlägsna värld och hur dessa vädermönster samexisterar men kanske ännu viktigare ar att detta sätt att studera kan förfinas och tillämpas på andra, mindre välkända bruna dvärgar i andra delar av rymden."
Och i en till synes otrolig vändning av kosmiskt öde finns det en personlig koppling mellan Merle och hennes studie av SIMP 0136 som är 20 ljusår från jorden. Lite snabb matematik bekräftar att just det ljus som gav data analyserad i hennes studie och som först observerades av JWST 2023, sändes ut samma år som Merle föddes.
"Ljuset färdas i cirka 300 000 km/s men även i den hastigheten tog det två decennier för ljuset från SIMP 0136 att nå Webbtelekopet.
När man tänker på att ljuset tar drygt en sekund att nå månen efter att ha lämnat jorden, ger det en känsla av hur långt bort SIMP 0136 är och hur otroliga astrofysiska framsteg har varit. Jag tycker det är fantastiskt att vi har kunnat urskilja de intima vädermönstren i en avlägsen värld och kartlägga deras interaktioner från vårt mysiga lilla hörn av universum, när allt vi observerar direkt av dessa objekt är en enda pixel utspritt över ljusspektrumet." , beskriver Schrader
Att förstå vädret på objekt som SIMP 0136 är viktigt eftersom bruna dvärgar utgör en unik möjlighet att studera fysiken bakom jättelika exoplanetatmosfärer. Till skillnad från de flesta exoplaneter kan de observeras direkt vilket gör det möjligt för astronomer att testa idéer om molnbildning, atmosfärisk cirkulation och värmetransport under extrema förhållanden.
Prof. Johanna Vos, docent vid Trinity School of Physics, påtalar: "Våra resultat kommer att förändra hur astronomer analyserar framtida JWST-observationer. Eftersom vårt tillvägagångssätt snabbt identifierar de dominerande komponenterna i atmosfären erbjuder det ett effektivt första steg innan vi påbörjar beräkningsintensiv modellering.
"Att tillämpa denna teknik på en mängd olika bruna dvärgar och jättelika exoplaneter kommer att hjälpa oss att bättre förstå de olika vädersystem som formar världar långt bortom vårt solsystem."
Ännu bredare är en av anledningarna till att det finns intresse för att bättre förstå vädermönster på avlägsna planeter att det berättar mycket om atmosfärerna och den kemiska sammansättningen på dessa planeter vilket är ett viktigt steg mot att identifiera vilka typer av världar där liv potentiellt kan existera.
Forskningen genomfördes som en del av Webbs General ObserverProgram 3548. Det stöddes av ett bidrag från European Research Council (projekt "EXO-PEA") och ett forskningsstipendium från Royal Society—Research Ireland University.
Studien publicerade kan läsas här på tidskriften Astronomy & Astrophysics.
