Forskere forbedrer brune dværg vejrudsigter

Dunkle genstande kaldet brune dværge, mindre massiv end solen, men mere massiv end Jupiter, har kraftige vinde og skyer – specifikt, varme plettede skyer lavet af jerndråber og silikatstøv. Forskere indså for nylig, at disse gigantiske skyer kan bevæge sig og blive tykkere eller tyndere overraskende hurtigt, på mindre end en jorddag, men forstod ikke hvorfor.

Nu, forskere har en ny model til at forklare, hvordan skyer bevæger sig og ændrer form hos brune dværge, ved hjælp af indsigt fra NASAs Spitzer Space Telescope. Kæmpebølger forårsager storstilet bevægelse af partikler i brune dværges atmosfærer, ændring af tykkelsen af ​​silikatskyerne, forskere rapporterer i tidsskriftet Videnskab . Undersøgelsen tyder også på, at disse skyer er organiseret i bånd begrænset til forskellige breddegrader, rejser med forskellige hastigheder i forskellige bånd.

"Det er første gang, vi har set atmosfæriske bånd og bølger i brune dværge, " sagde hovedforfatter Daniel Apai, lektor i astronomi og planetvidenskab ved University of Arizona i Tucson.

Ligesom i jordens hav, forskellige typer bølger kan dannes i planetariske atmosfærer. For eksempel, i jordens atmosfære, meget lange bølger blander kold luft fra polarområderne til mellembreddegrader, som ofte får skyer til at dannes eller forsvinde.

Fordelingen og bevægelserne af skyerne på brune dværge i denne undersøgelse minder mere om dem, der ses på Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Neptun har skystrukturer, der også følger båndede stier, men dens skyer er lavet af is. Observationer af Neptun fra NASAs Kepler-rumfartøj, opererer i sin K2-mission, var vigtige i denne sammenligning mellem planeten og brune dværge.

"De atmosfæriske vinde fra brune dværge ser ud til at ligne Jupiters velkendte regelmæssige mønster af bælter og zoner end den kaotiske atmosfæriske kogning, der ses på solen og mange andre stjerner, " sagde undersøgelsens medforfatter Mark Marley ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley.

rowdværge kan opfattes som mislykkede stjerner, fordi de er for små til at sammensmelte kemiske grundstoffer i deres kerne. De kan også opfattes som "superplaneter", fordi de er mere massive end Jupiter, har dog nogenlunde samme diameter. Ligesom gasgigantiske planeter, brune dværge er for det meste lavet af brint og helium, men de findes ofte bortset fra alle planetsystemer. I en undersøgelse fra 2014 med Spitzer, forskere fandt ud af, at brune dværge ofte har atmosfæriske storme.

På grund af deres lighed med gigantiske exoplaneter, brune dværge er vinduer til planetsystemer ud over vores egne. Det er lettere at studere brune dværge end planeter, fordi de ofte ikke har en lys værtsstjerne, der skjuler dem.

"Det er sandsynligt, at den båndede struktur og store atmosfæriske bølger, vi fandt i brune dværge, også vil være almindelige i gigantiske exoplaneter, " sagde Apai.

Brug af Spitzer, forskere overvågede lysstyrkeændringer i seks brune dværge over mere end et år, observere hver af dem rotere 32 gange. Når en brun dværg roterer, dens skyer bevæger sig ind og ud af halvkuglen set af teleskopet, forårsager ændringer i lysstyrken af ​​den brune dværg. Forskere analyserede derefter disse lysstyrkevariationer for at undersøge, hvordan silikatskyer er fordelt i de brune dværge.

Forskere havde forventet, at disse brune dværge ville have elliptiske storme, der ligner Jupiters store røde plet, forårsaget af højtrykszoner. Den Store Røde Plet har været til stede i Jupiter i hundreder af år og ændrer sig meget langsomt:Sådanne "pletter" kunne ikke forklare de hurtige ændringer i lysstyrke, som forskerne så, mens de observerede disse brune dværge. Lysstyrkeniveauerne for de brune dværge varierede markant lige i løbet af en jorddag.

For at forstå lysstyrkens op- og nedture, videnskabsmænd måtte genoverveje deres antagelser om, hvad der foregik i de brune dværg-atmosfærer. Den bedste model til at forklare variationerne involverer store bølger, forplanter sig gennem atmosfæren med forskellige perioder. Disse bølger ville få skystrukturerne til at rotere med forskellige hastigheder i forskellige bånd.

University of Arizona-forsker Theodora Karalidi brugte en supercomputer og en ny computeralgoritme til at lave kort over, hvordan skyer rejser på disse brune dværge.

"Når toppene af de to bølger er forskudt, i løbet af dagen er der to punkter med maksimal lysstyrke, " sagde Karalidi. "Når bølgerne er synkroniserede, du får en stor top, gør den brune dværg dobbelt så lys som med en enkelt bølge."

Resultaterne forklarer den forvirrende adfærd og lysstyrkeændringer, som forskere tidligere så. Det næste trin er at forsøge bedre at forstå, hvad der forårsager de bølger, der driver skyadfærd.