美國天文學家在最接近的棕矮星上發現風和急流


美國亞利桑那大學領導的研究小組在距離地球最近的棕矮星(brown dwarf)上發現條帶狀條紋,顯示從內部攪動棕矮星大氣的過程。

棕矮星是神秘的天體,不是很恆星,也不是行星。它們的大小與木星差不多,但質量通常要大幾十倍。儘管如此,它們的質量卻比最小的恆星小,因此它們的核心沒有足夠的壓力像恆星那樣融合原子。它們形成時很熱,逐漸變涼,微弱地發光,一生中逐漸變暗,使到它們很難發現。沒有望遠鏡可以清楚地看到這些星體的大氣。

亞利桑那大學天文系與斯圖爾德天文台(Steward Observatory)以及月球與行星實驗室的副教授丹尼爾·阿佩(Daniel Apai)說:「我們想知道,棕矮星看起來像木星一樣,它的規則的雲帶是由大型,平行,縱向的射流塑造而成嗎?或者它們是被不斷變化的巨大風暴所主導嗎? 」

他和他的團隊發現棕矮星與木星極為相似。大氣的模式揭露了與棕矮星赤道平行的高速風。這些風將大氣混合在一起,重新分配從棕矮星內部散發出來的熱量。同樣像木星一樣,渦旋控制著極地區域。

阿佩指出,風的模式和大規模的大氣環流通常會對行星大氣產生深遠的影響,從地球的氣候到木星的出現,現在我們知道,這樣的大型大氣射流也會塑造棕矮星大氣。知道風是如何在最緊密的棕矮星之中吹動和重新分配熱量的研究,有助於我們了解氣候,極端溫度和棕矮星的總體演化。

該小組使用美國太空總署的凌日系外行星巡天太空望遠鏡來研究最接近地球的兩顆棕矮星。距離地球僅6.5光年的棕矮星名為盧曼(Luhman,以發現者姓氏命名) 16 A和B。雖然兩者的大小與木星大致相同,但它們都更密集,因此質量更大。盧曼16 A的質量大約是木星的34倍,而盧曼 16 B的質量大約是木星的28倍,並且比前者溫度高815°C。

阿佩說:「凌日系外行星巡天太空望遠鏡雖然是為尋找太陽系外行星而設計,但它也為我們提供了令人難以置信的豐富而令人興奮的數據。在最接近我們的棕色矮星上,通過我們團隊成員開發的先進算法,我們能夠獲得非常精確的亮度測量值,因為這兩顆棕矮星旋轉,每當明亮的大氣區域變成可見的半球時,棕矮星就會變亮,而當它們旋轉出去時,棕矮星就會變暗。」

由於太空望遠鏡能夠提供極其精確的測量結果,並且不受日光的干擾,因此該團隊收集了比以往更多的旋轉資料,從而提供了棕矮星大氣環流的最詳細視圖。

阿佩說:「沒有足夠大的望遠鏡提供行星或棕矮星的詳細圖像。但是通過測量這些旋轉天體的亮度如何隨時間變化,可以建立大氣的粗略地圖,這項技術將來也可以用於繪製其它太陽系中類似地球的行星的地圖。」

研究顯示,太陽系行星的大氣環流與棕矮星之間存在很多相似之處。在以後的研究中,棕矮星可以作為我們太陽系外部存在的巨型行星的更大規模的類似天體。研究為類似天體的未來研究提供了一個模板,以探索,甚至繪製棕矮星和巨型太陽系外行星的大氣,而無需足夠強大的望遠鏡以拍攝方式解決問題。

研究小組希望進一步探索棕色矮星和太陽系外行星中存在的雲,風暴系統和環流帶,以加深對太陽系以外星體大氣的了解。

【圖、文:節譯自亞利桑那大學2021年1月7日新聞公佈】研究全文刊登在2021年1月7日出版的《天體物理學報》

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