詹姆斯韦伯太空望远镜潜入一个神秘的流氓行星或失败恒星的大气层

By Robert Lea

 published 17 hours ago

The Universe

 “行星质量天体并不整齐的适配现有的恒星或行星类别” 。

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孤立行星质量天体SIMP 0136的描画。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

天文学家用詹姆斯韦伯太空望远镜已经窥视进一个可能是一颗流浪行星或一颗“失败的恒星”宇宙体的大气层。无论哪种，这个世界没有父母游荡宇宙。

被命名为SIMP 0136的宇宙孤儿或“自由漂浮的行星质量天体”距离地球约20光年漂移过宇宙——而且它没有一个恒星锚这样做。SIMP 0136有一个大约是木星的13倍的质量，但它的大小与太阳系气态巨星大致相同。SIMP 0136被于2003年发现，如此快旋转以至于在这个流氓世界上一天只持续大约2.4个地球小时。

有SIMP 0136毕竟不是一颗行星而是一个被称为“褐矮星”的可能性，褐矮星是一种像恒星一样但未能聚集足够的质量来触发它的核中氢与氦的核聚变的恒星体。这种混淆源于这些“失败的恒星”有一个约为木星质量的13倍更低质量下限的事实，事实上大约是SIMP 0136的质量。

因为SIMP 0136对一个孤立的行星质量天体是相对的明亮，而且它的光没有被一颗母恒星的光污染，它一直是天文学家的一个热门目标。

因此，甚至在詹姆斯韦伯太空望远镜检查这个天体之前，一系列地面仪器以及哈勃和斯皮策太空望远镜已经研究了它。然而，这些调查给天文学家留下围绕SIMP 0136的一些困惑。

天文学家此前已经发现SIMP 0136亮度中的波动。已经究因这些变化不能只是木星大小的世界上云层的结果，而是不得不与大气因素的复杂组合。

用詹姆斯韦伯太空望远镜该团队能够监测来自SIMP 0136的红外光两次完整旋转，观察这个世界的云层、温度甚至它的化学成分中的变化。科学家们观察到的许多细节以前都被隐藏在视线之外。

波士顿大学研究小组负责人兼研究员麦卡锡（Allison McCarthy）在一份声明中说，“我们已经知道它的亮度变化的，我们有信心有随着时间演变出入视野旋转的斑块状的云层。我们还认为可能有温度变化、化学反应以及可能的一些影响亮度的极光活动，但我们不确定” 。

成千看不见的彩虹

用詹姆斯韦伯太空望远镜对SIMP 0136的两次旋转观测允许团队能够用望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）及它的中红外仪器（MIRI）。这意味着研究人员可以在广泛的红外光波长范围内收集数据。

结果是数百条非常详细的光曲线，显示随着SIMP 0136旋转红外光的每个波长亮度中如何变化。该团队的首席研究员、都柏林三一学院的研究员沃斯（Johanna Vos）在声明中说，“在几分钟内看到这个天体的全谱变化是令人难以置信的。到目前为止，我们只有来自哈勃望远镜的近红外光谱的一小部分以及来自斯皮策望远镜的一些亮度测量值” 。

SIMP 0136是一颗失败的恒星褐矮星，它的北极上空有一个辉光的极光。(Image credit: Chuck Carter, Caltech, NRAO/AUI/NSF )

研究人员注意到来自SIMP 0136的红外光有分明的光曲线形状，一些波长变亮而另一些波长变暗；其余的毕竟没有变化。

他们推断一定有各种影响这些变化的因素。

波士顿大学研究员、研究小组成员穆尔海德（Philip Muirhead）在声明中说，“想象从远处观察地球。如果你分别观察每种颜色，你会看到不同的告诉你一些关于它的表面和大气层的图案，即便你不能分出每种特征。随着海洋旋转进入视野蓝色增加，棕色和绿色中的变化会告诉你一些关于土壤和植被的事情” 。为评估什么正在造成SIMP 0136的光变化，该团队开发了大气层模型来确定大气层的哪些区域对哪种波长的光是负责的。

麦卡锡说，“不同的波长提供关于大气层中不同深度的信息。我们开始意识到有最相似光曲线形状的波长也探测到了相同的深度，这增强它们一定被相同机制造成的这一想法” 。

由遗产天文勘测所见的SIMP 0136。(Image credit: Legacy Surveys / D.Lang (Perimeter Institute) & Meli thev)

一个红外波长带源自SIMP 0136大气层深处，研究小组怀疑在那里潜伏着铁颗粒的斑块云。另一个波长组被认为来自大气层中更高和硅酸盐斑块云。

理论上最后一组波长源自与SIMP 0136温度相关的那些云层上方。更亮的区域可能与在无线电波中探测到的SIMP 0136周围的极光对应。

或者，这些明亮的斑块可能是热气向上旅行穿过SIMP 0136大气层的结果。

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有詹姆斯韦伯太空望远镜从SIMP 0136看到不能被要么天体的云要么它的温度解释的光曲线。

这些可能被SIMP 0136的大气层碳化学影响，因为二氧化碳和一氧化碳包旋转出入JWST的视野。另一种解释可能是化学反应造成SIMP 0136大气层中的变化。

沃斯说：“我们真的还没有弄清楚这个谜题的化学部分，但这些结果真的令人兴奋，因为它们正在向我们表明像甲烷和二氧化碳一样分子的丰度可能随着时间从地方到地方变化。如果我们正在观察一颗系外行星并且只能得到一个测量值，我们需要来考虑它可能不是整个行星的代表” 。

该团队的研究于周一（3月3日）发表在 Astrophysical Journal Letters上。