Първо измерване на скоростта на вятъра на кафявото джудже

Многоцветна кестенява, кафява и черна сфера със звезди на заден план.

Концепцията на художника за кафяво джудже. За първи път учените са измерили скоростта на вятъра на един от тези загадъчни обекти, които са по средата между планетите и звездите. Изображение чрез НАСА/JPL-Caltech.


Кафяви джуджетаса странни светове, твърде големи, за да се считат за планети, но твърде малки, за да бъдат звезди. Подобно на много по -големи планети, обаче, кафявите джуджета имат гъста, дълбока атмосфера и силни ветрове, а сега учените иматдиректно измереноскоростта на вятъра за кафяво джудже за първи път.

Констатациите бяхапубликуваниврецензиранхартия в списаниетоНаукана 10 април 2020 г.


Изследователите са направили измерванията, използвайкиинфрачервенданни от сега пенсионираната НАСАКосмическият телескоп Спицери радио данни от много голям масив на Карл Г. Янски от Националната научна фондация (VLA) наземни телескопи.

Кафявото джудже, използвано в изследването, се нарича2MASS J10475385+2124234, е 32светлинни годинидалеч от Земята. Той е приблизително със същия размер като Юпитер, но около 40 пъти по -масивен. Това е първият път, когато инфрачервените и радио наблюденията се комбинират за измерване на ветровете върху кафяво джудже.Кейтлин Алеърсна Университета Бъкнел, който ръководи проучването, каза в aизявление:

Когато осъзнахме това, бяхме изненадани, че никой друг вече не го е направил.

Ярка ивична сфера с извити вертикални бели линии, преминаващи от полюс до полюс, със звезди на заден план.

Концепцията на художника за магнитното поле на кафяво джудже. Магнитното поле, вкоренено дълбоко във вътрешността си, се върти с различна скорост от върха на атмосферата. Тази разлика позволява на учените да определят скоростта на вятъра. Изображение чрез Бил Сакстън/НРАО/ AUI/ NSF.




Облечен глобус с бели вертикални бримки около него и друг лентов глобус до него, със звезди на заден план и текстови пояснения.

Сравнение на кафяво джудже с Юпитер. Скоростта на вятъра се определя чрез сравняване на атмосферния период на въртене с този на вътрешността на кафявото джудже. Изображение чрез Бил Сакстън/НРАО/ AUI/ NSF.

Оказа се, че тези ветрове са мощни, достигайки скорост от 2,293 км / ч. Това е по -бързо от всички ветрове, познати в нашата слънчева система; за сравнение, ветровете на Нептун, най -бързите известни в Слънчевата система, са около 1200 мили в час (2000 километра в час).

Идеята за използване на инфрачервено и радио за изследване на кафявото джудже идва от наблюденията на Юпитер, където учените са отбелязали, че изчислената скорост на въртене на Юпитер се различава между двата различни вида методи. Алерс каза:

Отбелязахме, че периодът на въртене на Юпитер, определен чрез радио наблюдения, е различен от периода на въртене, определен чрез наблюдения при видима и инфрачервена дължина на вълната.


Но защо разликата? Радиоизлъчванията се причиняват от електрони, взаимодействащи с магнитното поле на Юпитер, което се корени дълбоко в планетата. Инфрачервените емисии обаче идват от върха на атмосферата. Тъй като атмосферата на Юпитер се върти по -бързо от вътрешността на самата планета, има несъответствие в двата различни вида наблюдения. Може ли наблюдението на кафявото джудже по подобен начин да помогне за определяне на скоростта на вятъра му? СпоредЙохана Восв Американския природонаучен музей:

Тъй като очакваме същите механизми да работят и в кафявото джудже, решихме да измерим скоростите му на въртене както с радио, така и с инфрачервени телескопи.

Цветни глобуси, вариращи от по -малки до по -големи на черен фон с текстови пояснения.

Сравнение на планети в нашата Слънчева система, екзопланети, кафяви джуджета и звезди. Изображение чрез НАСА/JPL-Caltech.

Установено е, че инфрачервената яркост на кафявото джудже варира доста, въз основа на наблюденията на Spitzer през 2017 и 2018 г. Последващите радио наблюдения от VLA през 2018 г. бяха използвани за измерване на въртенето на вътрешността на кафявото джудже. Точно както при Юпитер, имаше съществена разлика. Изследователите установяват, че атмосферата на кафявото джудже се върти по -бързо от вътрешността му, с около 1425 мили в час. За сравнение скоростта на вятъра на Юпитер е само около 230 мили в час (547 километра в час). Алерс каза:


Това е в съгласие с теорията и симулациите, които предвиждат по -високи скорости на вятъра при кафявите джуджета.

На Земята скоростите на вятъра също се измерват чрез сравняване на движението на атмосферата с твърдата повърхност на планетата. Малко по -различно е за кафявите джуджета, които се състоят почти изцяло от газ. Дълбоко в кафяво джудже интензивното налягане кара газовете да се държат по -скоро като твърда топка. Външните атмосферни газове обаче все още могат да се движат независимо.

2MASS J10475385+2124234 е подходящ за това изследване, тъй като има атмосферна температура над 1100 градуса по Фаренхайт (600 градуса по Целзий). Това означава, че излъчва много инфрачервена светлина, която Spitzer може да измери. Подобно на други кафяви джуджета, той също има силно магнитно поле, идеално за анализ от VLA.

Кафявите джуджета не са единствените обекти, към които може да се приложи тази техника. Може да се използва и заекзопланети- планети, обикалящи около други звезди - които имат атмосфера.Питър Уилямсот Центъра за астрофизика, Харвард и Смитсониън, каза:

Тъй като магнитните полета на гигантските екзопланети са по -слаби от тези на кафявите джуджета, радиоизмерванията ще трябва да се извършват на по -ниски честоти от тези, използвани за 2MASS J10475385+2124234.

Продавачите добавиха:

Развълнувани сме, че нашият метод вече може да се използва, за да ни помогне да разберем по -добре атмосферната динамика на кафявите джуджета и екстрасоларни планети.

Усмихната жена, носеща очила и с телескопи зад гърба си.

Кейтлин Алерс от университета в Бънел, водещ автор на новото изследване. Изображение чрезУниверситета в Бънел.

Спицер е имал преди товапредполага наличието на ветровена някои екзопланети и кафяви джуджета чрез измерване на вариациите в яркостта на тяхната атмосфера в инфрачервена светлина. През 2015 г. телескопът La Silla на Европейската южна обсерватория (ESO) в Чилиизмереноскоростта на вятъра върху aгорещ Юпитерекзопланета. Тези ветрове бяха невероятните 5400 мили / ч (8690 км / ч),20 пъти по -бързоот всички, записани някога на Земята. Но това ново изследване вече би могло да помогне на учените да измерват ветровете и на много повече екзопланети. Алерс каза:

Смятаме, че тази техника може да бъде наистина ценна за предоставяне на представа за динамиката на атмосферите на екзопланетите. Това, което наистина е вълнуващо, е да можеш да научиш как химията, атмосферната динамика и околната среда около даден обект са взаимосвързани и перспективата да получиш наистина цялостен поглед в тези светове.

Новата техника, използвана за измерване на ветровете на това първо кафяво джудже, сега ще даде възможност да се установи колко бързо ветровете духат и на много други. И може би още по -вълнуващо, помогнете на учените да научат повече за вятъра и времето в планетарните светове, обикалящи около далечни звезди.

В крайна сметка: За първи път учените успяха да измерват скоростта на ветровете върху кафяво джудже.

Източник: Измерване на скоростта на вятъра върху кафяво джудже

Чрез JPL

Чрез НАПО