Nasin vesoljski teleskop James Webb je razkril, da ima nemirni svet, oddaljen 20 svetlobnih let, presenetljivo urejen vremenski sistem. V njem se ponavljajo tri atmosferska stanja, ki jih povzročajo temperaturne spremembe in spreminjanje oblakov. Odkritje znanstvenikom ponuja novo, zmogljivo orodje za raziskovanje vremenskih vzorcev na oddaljenih svetovih in razumevanje razmer, ki oblikujejo njihovo ozračje.
Znanstveniki so odkrili nov način za razbiranje vremena na oddaljenih svetovih. V nemirnem ozračju skrivnostnega objekta, ki je od Zemlje oddaljen 20 svetlobnih let, so odkrili presenetljivo urejene vzorce.
Raziskovalci s Trinity College Dublin so s pomočjo opazovanj Nasinega vesoljskega teleskopa James Webb preučevali rjavo pritlikavko SIMP 0136, ki so jo že prej povezovali s pojavi, podobnimi severnemu siju. Ugotovili so, da njeno zapleteno vreme v veliki meri določata zgolj dva dejavnika: temperaturne spremembe in navpična struktura oblakov.
Odkritje ponuja nov način za razumevanje atmosferskih razmer na oddaljenih svetovih in bi lahko astronomom pomagalo pri raziskovanju planetov daleč zunaj našega Osončja.
Kako je Nasin teleskop Webb razvozlal vreme na oddaljenem svetu?
Da bi raziskali objekt SIMP 0136, so znanstveniki analizirali opazovanja Nasinega vesoljskega teleskopa James Webb (JWST) in uporabili matematično metodo, imenovano analiza glavnih komponent (PCA).
Ta metoda znanstvenikom pomaga razumeti velike in zapletene podatkovne zbirke, saj v njih prepozna najizrazitejše vzorce. V tem primeru je raziskovalna skupina preučevala, kako se je svetlost rjave pritlikavke spreminjala med njenim vrtenjem. Iskali so drobna odstopanja, ki bi lahko razkrila dogajanje v njenem ozračju.
Namesto da bi raziskovalci izhajali iz podrobnih predpostavk o tem, kako bi se moralo ozračje obnašati, so pustili, da so opazovanja sama razkrila najpomembnejše procese. Metoda jim je pomagala tudi ločiti resnične atmosferske spremembe od manjših nihanj in naključnega šuma v meritvah.
To so omogočili izjemno občutljivi instrumenti teleskopa Webb, ki so zaznali zelo majhne spremembe svetlosti objekta, ko so se med njegovim vrtenjem v vidnem polju pojavili različni deli ozračja.
Znanstveniki odkrili skriti red v navidezno kaotičnem vremenu
Rezultati so razkrili nekaj nepričakovanega. Čeprav je ozračje objekta SIMP 0136 videti zelo zapleteno, je bilo mogoče skoraj vso opaženo spremenljivost pojasniti z zgolj dvema prevladujočima komponentama, povezanima s temperaturnimi nihanji in spremembami navpične razporeditve oblakov.
Še bolj presenetljivo je, da so raziskovalci prepoznali tri ponavljajoča se vremenska stanja, ki se med vrtenjem rjave pritlikavke izmenično pojavljajo in izginjajo iz vidnega polja.
Skupaj ustvarjajo spreminjajoč se mozaik ozračja. Nekatera območja so bolj vroča in imajo tanjše oblake, druga pa so hladnejša ter vsebujejo debelejše oblačne plasti, ki se raztezajo skozi večji del navpične strukture ozračja.
Namesto da bi se ti vremenski vzorci nenehno in nepredvidljivo spreminjali, se zdi, da sledijo določeni osnovni strukturi. Ugotovitve, objavljene v znanstveni reviji Astronomy & Astrophysics, kažejo, da navidezno kaotično ozračje objekta SIMP 0136 v resnici obvladuje presenetljivo dosleden niz procesov.
Rjave pritlikavke zavzemajo nenavadno mesto med planeti in zvezdami. SIMP 0136 je večja in bolj vroča od običajnega plinastega orjaka, vendar nima dovolj mase, da bi svetila kot zvezda. V njenem ozračju so ogromni oblačni sistemi, ki se hitro spreminjajo, zato je njeno vreme bolj primerljivo z ekstremno različico vremena na Jupitru kot s čimer koli, kar poznamo na Zemlji.
Skrivnosti objekti v vesolju, ki jih je razkril teleskop James Webb
Ti obsežni vremenski sistemi se lahko raztezajo čez velik del objekta in nenehno spreminjajo njegov videz. »Odkrili smo tudi, da dejavniki, ki oblikujejo vremenske vzorce na objektu SIMP-0136, sčasoma ostajajo prisotni, čeprav se podrobna podoba ozračja spreminja skozi več kot ducat vrtljajev,« je povedala Merle Schrader, prva avtorica raziskave in doktorska študentka na oddelku za fiziko Trinity College Dublin.
»V relativnem smislu je SIMP 0136 ena od rjavih pritlikavk, pri katerih lahko pridobimo kakovostne podatke precej lažje kot pri drugih. Te podatke so z uveljavljenimi metodami preučevali že prej, zato smo lahko nekatere rezultate nove tehnike primerjali s tem, kar o tem objektu že vemo. Tehnika nam je pomagala bolje razumeti tudi, kaj poganja vreme na tem oddaljenem svetu ter kako ti vremenski vzorci medsebojno delujejo in sobivajo. Morda pa je še pomembneje, da kaže, kako lahko ta pristop dodatno izpopolnimo in uporabimo pri drugih, manj raziskanih rjavih pritlikavkah v različnih delih vesolja.«
Izjemna povezava na razdalji 20 svetlobnih let
Raziskava je za Schrader razkrila tudi izjemno osebno povezavo z oddaljenim objektom.
SIMP 0136 je od Zemlje oddaljena približno 20 svetlobnih let, kar pomeni, da svetloba do nas potuje približno dve desetletji. Svetloba, ki jo je Webb ujel leta 2023 in je raziskovalcem omogočila izvedbo študije, je rjavo pritlikavko dejansko zapustila v letu, ko se je Schrader rodila.
»Svetloba potuje s hitrostjo približno 300.000 kilometrov na sekundo, vendar je kljub tej hitrosti potrebovala dve desetletji, da je skozi leče teleskopa JWST dosegla nas,« je povedala.
»Če pomislimo, da svetloba za pot od Zemlje do Lune potrebuje le nekaj več kot sekundo, dobimo občutek, kako daleč je SIMP 0136 in kako izjemen je napredek astrofizike. Neverjetno se mi zdi, da smo iz našega prijetnega kotička vesolja uspeli razbrati podrobne vremenske vzorce na oddaljenem svetu in preslikati njihove medsebojne vplive, čeprav lahko te objekte neposredno opazujemo le kot eno samo slikovno točko, razpršeno po svetlobnem spektru.«
Dosežek poudarja, koliko informacij lahko astronomi pridobijo že iz navidezno zanemarljive količine svetlobe. Čeprav se SIMP 0136 na posnetkih teleskopa kaže le kot majhna točka, lahko spremembe njene svetlosti pri različnih valovnih dolžinah razkrijejo podrobnosti o njenem ozračju.
Kaj odkritje pomeni za raziskovanje oddaljenih planetov?
Nova tehnika bi lahko imela posledice, ki segajo daleč onkraj objekta SIMP 0136.
Rjave pritlikavke so še posebej uporabne pri raziskovanju ozračij velikanskih eksoplanetov, torej planetov, ki krožijo okoli zvezd zunaj našega Osončja. Ker lahko rjave pritlikavke pogosto opazujemo neposredno, znanstvenikom omogočajo preučevanje atmosferskih procesov, ki jih je pri večini eksoplanetov precej težje raziskovati.
Z opazovanjem teh objektov lahko raziskovalci preverjajo, kako nastajajo oblaki, kako se toplota prenaša skozi ozračje in kako deluje kroženje zraka v ekstremnih razmerah.
Tehnika, ki jo je razvila raziskovalna skupina Trinity College Dublin, bi lahko takšne raziskave precej poenostavila. Astronomi lahko z učinkovitim prepoznavanjem procesov, odgovornih za večino opaženih atmosferskih sprememb, lažje določijo, katere značilnosti je smiselno podrobneje preučiti z zahtevnejšimi računalniškimi modeli.
Profesorica Johanna Vos, izredna profesorica na oddelku za fiziko Trinity College Dublin, je pojasnila pomen ugotovitev. »Naše ugotovitve bodo spremenile način, kako astronomi analizirajo prihodnja opazovanja teleskopa JWST. Ker naš pristop hitro prepozna prevladujoče komponente ozračja, ponuja učinkovit prvi korak, še preden se lotimo računsko zelo zahtevnega modeliranja.
Uporaba te tehnike pri širokem naboru rjavih pritlikavk in velikanskih eksoplanetov nam bo pomagala bolje razumeti raznolike vremenske sisteme, ki oblikujejo svetove daleč zunaj našega Osončja.«
Razumevanje vremena na oddaljenih svetovih na koncu pomeni veliko več kot zgolj prepoznavanje oblakov in temperaturnih sprememb. Obnašanje ozračja lahko razkrije pomembne podatke o kemični sestavi planeta, njegovih fizikalnih razmerah in celotnem okolju.
Takšna spoznanja so pomembna tudi pri enem največjih vprašanj astronomije: kateri planeti zunaj našega Osončja bi lahko imeli razmere, primerne za življenje?
Z razkritjem, kako lahko znanstveniki razumejo zapletena ozračja oddaljenih svetov na podlagi komaj zaznavnih sprememb svetlobe, bi lahko novi pristop pomagal narediti še en korak k odgovoru na to vprašanje.
Urednik portala Student.si