Przejdź do treści

Łagodny wietrzyk czy huragany? Astronomowie zmierzyli prędkość wiatru na brązowym karle

Artystyczna wizja brązowego karła. Zaznaczono linie pole magnetycznego.

Po raz pierwszy naukowcom udało się zmierzyć prędkość wiatru na brązowym karle. Wykorzystali do tego sieć radioteleskopów VLA oraz Kosmiczny Teleskop Spitzera. Wyniki opublikowano w czasopiśmie "Science".

Brązowe karły określa się często mianem "nieudanych gwiazd". Maja masę zbyt małą, aby mogły w swoich wnętrzach przeprowadzać termojądrowe reakcje syntezy wodoru w helo, tak jak to czyni na przykład Słońce. Z kolei w porównaniu do planet mają większe masy. Jako roboczą granicę pomiędzy dużymi planetami, a brązowymi karłami przyjmuje się aktualnie 13 mas Jowisza. Granica masy pomiędzy brązowym karłem, a gwiazdą to z kolei od 0,07 do 0,08 masy Słońca.

 

Jowisz pomocny w badaniach brązowych karłów

Okazuje się, że wiedza na temat dużych gazowych planet z Układu Słonecznego, takich jak Jowisz, albo Saturn, może być pomocna przy wyznaczaniu prędkości wiatrów na brązowych karłach. Pomaga w tym połączenie obserwacji w zakresie fal radiowych i w podczerwieni.

„Zauważyliśmy, że okres rotacji Jowisza wyznaczony na podstawie obserwacji radioastronomicznych jest różny od okresu rotacji ustalonego na podstawie obserwacji w zakresach widzialnym i podczerwonym” tłumaczy Katelyn Allers z Bucknell University (USA), która kierowała zespołem badawczym.

Badaczka wyjaśnia, iż przyczyną różnicy jest fakt, że emisję radiową powodują elektrony oddziałujące z polem magnetycznym planety, które pochodzi głęboko z wnętrza, natomiast emisja w podczerwieni pochodzi z górnej części atmosfery. Atmosfera Jowisza rotuje szybciej niż jego wnętrze. Różnica w prędkościach to efekt wiatrów wiejących w atmosferze.

„Podejrzewaliśmy istnienie podobnego mechanizmu na brązowym karle, dlatego dokonaliśmy pomiaru prędkość rotacji zarówno teleskopem radiowym, jak i podczerwonym” wskazała Johanna Vos z American Museum of Natural History, również biorąca udział w badaniach.

Schemat tłumaczący zasadę pomiaru wiatru na brązowym karle

Po lewej: schemat brązowego karła tłumaczący zasadę pomiaru prędkości wiatrów z różnicy pomiędzy rotacją zmierzoną radiowo, a w podczerwieni. Po prawej: Jowisz. Źródło: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

 

Huraganowe wiatry na brązowym karle

Zbadanym przez naukowców obiektem był brązowy karzeł 2MASS J10475385+2124234. Ma on rozmiar zbliżony do Jowisza, ale masę 40 razy większą. Dzielą go od nas 34 lata świetlne.

Obserwacje prowadzono przy pomocy Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) – sieci radioteleskopów w Socorro w Nowym Meksyku (USA). Drugim wykorzystanym instrumentem był Kosmiczny Teleskop Spitzera, który jest przeznaczony do obserwacji w zakresie promieniowania podczerwonego (teleskop ten działał od 2003 roku do stycznia 2020 roku, obecnie jego misja została już zakończona przez NASA).

Analiza obserwacji z 2017 i 2018 roku z Teleskopu Spitzera pokazała, że jasność w podczerwieni ulega regularnym zmianom. Astronomowie przypuszczają, że może być za to odpowiedzialna jakaś długotrwała struktura w górnej warstwie atmosfery obiektu. Obserwacje w zakresie radiowym były prowadzone w 2018 roku.

Rezultat badań wskazuje, że sytuacja na brązowym karle jest taka sama jak na Jowiszu: atmosfera rotuje szybciej niż wnętrze. Wyliczona z tej różnicy prędkość wiatru jest prawdziwie huraganowa, bowiem wynosi prawie 2400 km/h. To kilkakrotnie szybciej niż wiatry wiejące na Jowiszu. W przypadku ziemskich huraganów, te najsilniejsze mają wiatry przekraczające 250 km/h (wartości w porywach wiatru, przez krótki czas, mogą być większe), czyli około dziesięć razy wolniejsze niż na brązowym karle.

Badacze wskazują, że tę samą metodę wyznaczania prędkości wiatrów będzie można stosować nie tylko do innych brązowych karłów, ale i do wielkich gazowych planet pozasłonecznych.

Więcej informacji:

 

Opracowanie: Krzysztof Czart

 

Źródło: NRAO / Science

 

Na ilustracji u góry:

Artystyczna wizja brązowego karła z zaznaczonymi liniami pola magnetycznego. Źródło: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.