Наблюдения космического телескопа SPHEREx показали, что современные модели атмосфер коричневых карликов пока не описывают эти объекты достаточно точно. К такому выводу пришла команда под руководством Зафара Рустамкулова из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения NASA. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.
Коричневые карлики занимают промежуточное положение между планетами-гигантами и звёздами. Их массы недостаточно для устойчивого запуска ядерного синтеза, поэтому полноценными звёздами они не становятся. По мере старения такие объекты остывают, уменьшаются в размерах и вращаются быстрее.
Излучение из горячих внутренних слоёв проходит через атмосферу коричневого карлика, где разные молекулы поглощают определённые длины волн. Спектральный анализ позволяет обнаружить признаки метана, водяного пара и угарного газа. Ранее обзоры 2MASS и WISE давали лишь общее представление о цвете объектов из-за недостаточного разрешения.
Телескоп SPHEREx, начавший работу в мае 2025 года, исследует всё небо в 102 непрерывных спектральных каналах с длинами волн от 0,75 до 5 микрон. Этот диапазон охватывает 80% тепловой энергии, которую коричневые карлики излучают в инфракрасном диапазоне. Используя данные аппарата, учёные составили подробную последовательность из 33 близких к Земле объектов, расположенных на расстоянии от 7 до 100 световых лет.
В выборку вошли представители трёх самых холодных спектральных классов: L-карлики с температурой около 2200 градусов Цельсия, T-карлики с температурой от 700 до 1000 градусов и Y-карлики, которые могут остывать до минус 20 градусов. Исследователи также учли объекты с низкой гравитацией и пониженной металличностью. Затем спектры сравнили с пятью моделями атмосфер: Sonora Diamondback, Sonora Elf Owl, BT-Settl, ATMO2020 и ATMO2020++.
Ни одна из моделей не смогла полностью воспроизвести наблюдения. Теоретические расчёты не объяснили пики ближнего инфракрасного излучения в диапазоне от 1 до 2,5 микрона и пропустили «окно прозрачности» около 4 микрон, через которое свет легко выходит из атмосферы. Кроме того, рассчитанные размеры объектов иногда отличались от физически реалистичных на 20–50%, что, вероятно, компенсировало недостаточное понимание химических процессов.
При этом модели смогли правильно отразить изменение состава атмосферы при охлаждении. Когда температура коричневого карлика опускается ниже 1000 кельвинов, количество угарного газа резко уменьшается, а метан начинает преобладать. Лучше всего эту тенденцию описала модель Sonora Elf Owl при условии слабого вертикального перемешивания, что отличает коричневые карлики от гигантских планет вроде Юпитера с активно перемешивающейся атмосферой.
Коричневые карлики удобны для изучения процессов, не связанных с воздействием звезды-хозяина, поэтому результаты важны и для исследования экзопланет. Однако применять полученные выводы к другим объектам будет сложно, пока модели не начнут точнее воспроизводить наблюдаемые спектры. В течение двухлетнего обзора всего неба SPHEREx должен каталогизировать ещё тысячи коричневых карликов, что даст исследователям новые данные для уточнения расчётов и физических представлений об этих субзвёздных объектах, сообщает Universe Today.