En forskargrupp som leds av University of Arizona har hittat band och ränder på den bruna dvärgen närmast jorden, antyder processerna som fräser den bruna dvärgens atmosfär inifrån.

Bruna dvärgar är mystiska himlaobjekt som inte är riktigt stjärnor och inte riktigt planeter. De är ungefär lika stora som Jupiter men vanligtvis dussintals gånger mer massiva. Fortfarande, de är mindre massiva än de minsta stjärnorna, så deras kärnor har inte tillräckligt med tryck för att smälta samman atomer som stjärnor gör. De är varma när de bildas och svalnar gradvis, lyser svagt och dämpar långsamt under hela livet, gör dem svåra att hitta. Inget teleskop kan tydligt se atmosfären för dessa föremål.

"Vi undrade, ser bruna dvärgar ut som Jupiter, med sina vanliga bälten och band formade av stora, parallell, längsgående jetstrålar, eller kommer de att domineras av ett ständigt föränderligt mönster av gigantiska stormar kända som virvlar som de som finns på Jupiters poler?" sa UArizona-forskaren Daniel Apai, en docent vid Institutionen för astronomi och Steward Observatory och Lunar and Planetary Laboratory.

Apai är huvudförfattare till en ny studie publicerad idag i The Astrophysical Journal som försöker svara på den frågan med hjälp av en ny teknik.

Han och hans team fann att bruna dvärgar ser slående lika ut som Jupiter. Mönstren i atmosfärerna avslöjar höghastighetsvindar som löper parallellt med de bruna vindarnas ekvatorer. Dessa vindar blandar atmosfärerna, omfördelar värme som kommer ut från de bruna dvärgarnas heta inre. Också, som Jupiter, virvlar dominerar polarområdena.

Vissa atmosfäriska modeller förutspådde detta atmosfäriska mönster, Apai sa, inklusive modeller av framlidne Adam Showman, en UArizona Lunar and Planetary Laboratory professor och en ledare inom brun dvärg atmosfär modeller.

"Vindmönster och storskalig atmosfärisk cirkulation har ofta djupgående effekter på planetariska atmosfärer, från jordens klimat till Jupiters utseende, och nu vet vi att sådana storskaliga atmosfäriska jetstrålar också formar bruna dvärgatmosfärer, sa Apai, vars medförfattare på tidningen inkluderar Astronomical Observatory of Padua Luigi Bedin och Domenico Nardiello, som också är knuten till Laboratoire d'Astrophysique de Marseille i Frankrike.

"Att veta hur vindarna blåser och omfördelar värme i en av de bäst studerade och närmaste bruna dvärgarna hjälper oss att förstå klimatet, extrema temperaturer och utvecklingen av bruna dvärgar i allmänhet, " sa Apai.

Apais grupp vid UArizona är världsledande på att kartlägga atmosfären hos bruna dvärgar och planeter utanför vårt solsystem med hjälp av rymdteleskop och en ny metod.

Teamet använde NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite, eller TESS, rymdteleskop för att studera de två bruna dvärgarna närmast jorden. Bara 6 1/2 ljusår bort, de bruna dvärgarna kallas Luhman 16 A och B. Medan båda är ungefär lika stora som Jupiter, de är både tätare och innehåller därför mer massa. Luhman 16 A är ungefär 34 gånger mer massiv än Jupiter, och Luhman 16 B – som var huvudämnet för Apais studie – är ungefär 28 gånger mer massiv än Jupiter och ungefär 1, 500 grader Fahrenheit varmare.

"TESS rymdteleskop, även om den är designad för att jaga efter extrasolära planeter, gav också denna otroligt rika och spännande datauppsättning om den bruna dvärgen som är närmast oss, ", sa Apai. "Med avancerade algoritmer utvecklade av medlemmar i vårt team, vi kunde få mycket exakta mätningar av ljusstyrkan när de två bruna dvärgarna roterade. De bruna dvärgarna blir ljusare när ljusare atmosfäriska områden förvandlas till det synliga halvklotet och mörkare när dessa roterar utom synhåll."

Eftersom rymdteleskopet ger extremt exakta mätningar och det inte avbryts av dagsljus, laget samlade fler rotationer än någonsin tidigare, ger den mest detaljerade bilden av en brun dvärgs atmosfäriska cirkulation.

"Inget teleskop är tillräckligt stort för att ge detaljerade bilder av planeter eller bruna dvärgar, ", sa Apai. "Men genom att mäta hur ljusstyrkan hos dessa roterande föremål förändras över tiden, det är möjligt att skapa grova kartor över deras atmosfärer – en teknik som, i framtiden, kan också användas för att kartlägga jordliknande planeter i andra solsystem som annars kan vara svåra att se."

Forskarnas resultat visar att det finns en hel del likheter mellan den atmosfäriska cirkulationen av solsystemets planeter och bruna dvärgar. Som ett resultat, bruna dvärgar kan fungera som mer massiva analoger av jätteplaneter som existerar utanför vårt solsystem i framtida studier.

"Vår studie ger en mall för framtida studier av liknande objekt om hur man utforskar - och till och med kartlägger - atmosfärerna hos bruna dvärgar och gigantiska extrasolära planeter utan behov av teleskop som är tillräckligt kraftfulla för att lösa dem visuellt, " sa Apai.

Apais team hoppas kunna utforska molnen ytterligare, stormsystem och cirkulationszoner som finns i bruna dvärgar och extrasolära planeter för att fördjupa vår förståelse av atmosfärer bortom solsystemet.