Космический телескоп SPHEREx изучил 37 объектов, которые занимают промежуточное положение между звёздами и планетами, и обнаружил в их атмосферах воду, метан, углекислый и угарный газ. Температуры коричневых карликов различались более чем на 2200 °C, поэтому астрономы смогли проследить, как меняется химия этих холодных и тусклых миров по мере их остывания.
Коричневые карлики рождаются из сжимающихся облаков газа примерно тем же способом, что и звёзды, но им не хватает массы для устойчивого термоядерного превращения водорода в гелий. Многие свободно движутся по космосу без звезды-хозяина и постепенно отдают накопленное внутри тепло. Поэтому их атмосферы удобно изучать без яркого света соседней звезды, который мешал бы наблюдениям.
SPHEREx охватил объекты с температурами примерно от 2200 до -20 °C. Телескоп измеряет их свет в 102 диапазонах от глубокого красного до инфракрасного. Разные молекулы поглощают строго определённые длины волн и оставляют характерные провалы в спектре. По этим следам астрономы нашли воду, метан, углекислый и угарный газ.
Особенно интересной оказалась перемена, которая происходит по мере охлаждения коричневых карликов. Облака в их атмосферах становятся тоньше, а следы метана усиливаются. При этом два объекта с почти одинаковой температурой могут давать заметно разные спектры, поэтому одной температуры недостаточно, чтобы точно предсказать состояние атмосферы.
Современные компьютерные модели улавливают общий ход химических изменений, однако хуже справляются с промежуточной стадией, когда облака начинают исчезать. Авторы работы нашли самые заметные расхождения возле участков спектра, по которым определяют углекислый и угарный газ. Наблюдения помогут уточнить расчёты облаков, химических реакций и перемешивания газов в холодных атмосферах.
Получить настолько широкий набор спектров с Земли трудно. Водяной пар в нашей атмосфере поглощает часть инфракрасного излучения, которое интересует астрономов. SPHEREx работает на орбите и видит диапазоны, которые наземные телескопы наблюдают плохо или вовсе не могут использовать.
Пока исследователи подробно разобрали лишь несколько десятков объектов, хотя SPHEREx уже наблюдает тысячи коричневых карликов по всему небу. Для телескопа поиски таких тел служат дополнительной задачей: основная программа миссии охватывает спектральную карту всего неба и сотни миллионов галактик и звёзд.
Коричневые карлики уже не раз удивляли астрономов необычной химией. Ранее телескоп Джеймса Уэбба нашёл молекулы цианистого водорода и ацетилена в атмосферах пары холодных коричневых карликов. SPHEREx теперь позволяет изучать гораздо больше объектов одним прибором и сравнивать, как их атмосферы меняются во всём диапазоне температур.
