WISE 0855 ligger rundt 7,5 lysår fra jorden og regnes som den kaldeste kjente brune dvergen. Ved hjelp av James Webb-romteleskopet har forskere fulgt hvordan skyer og gasser beveger seg i objektets atmosfære i sanntid.

Studien ble ledet av Brittany Miles fra Steward-observatoriet ved University of Arizona. Forskergruppen observerte WISE 0855 i 11 timer og samlet inn et nytt spektrum hvert 15. minutt.

Den hyppige målingen gjorde det mulig å skille mellom skiftende skydekke og gasser som stiger opp fra dypere lag i atmosfæren. Webbs mellomoppløselige spektrograf fulgte endringer i bestemte molekylsignaturer, slik at signaler som tidligere fløt sammen, kunne analyseres hver for seg.

På grensen mellom planet og brun dverg

WISE 0855 befinner seg på grensen mellom brune dverger og gasskjempeplaneter. Brune dverger har ikke nok masse til å starte de kjernefysiske reaksjonene som driver stjerner. Lyset de sender ut, kommer derfor hovedsakelig fra varme som ble igjen etter dannelsen.

Objektet har en masse på rundt to ganger Jupiters masse, mens størrelsen er nesten den samme som Jupiters. Det gir WISE 0855 utseende som en frittsvevende gasskjempe. Temperaturen er om lag 265 kelvin, tilsvarende 17 grader Fahrenheit, eller omtrent minus 8 grader celsius.

«Dette er første gang vi har kunnet bekrefte at vannskyer på en nærliggende verden blir tynnere og tykkere», sa Brittany Miles, forsker ved University of Arizona.

Før James Webb-teleskopet hadde forskerne hovedsakelig fotometriske målinger. De blandet sammen effekten av skyer, kjemi og temperatur. Når WISE 0855 roterer, kommer områder med ulikt skydekke og forskjellige temperaturer inn i synsfeltet. De nye spektrummålingene gjør det mulig å skille disse virkningene fra hverandre.

Vannskyer og gasser i bevegelse

Observasjonene avdekket minst to prosesser som foregår samtidig. Høyt i atmosfæren endrer vannskyene tykkelse, mens konveksjon fører kjemiske gasser opp fra dypere lag.

I tillegg til temperaturendringer knyttet til objektets rotasjon, fant instrumentet et rytmisk, bølgelignende signal forbundet med karbonmonoksid og fosfin. Varme fra den brune dvergens indre driver gassene oppover og kobler den dype atmosfæren til lagene astronomene kan observere.

En lignende prosess foregår på Jupiter. Der blander konveksjon varme gasser fra dype lag opp i den synlige atmosfæren. Fenomenet kalles kjemisk ubalanse. Det er allerede observert hos brune dverger, men de nye målingene gir forskerne mulighet til å følge endringene i sanntid og på nivået til enkeltmolekyler.

«Vi ser vannskyene bli tykkere og tynnere, hvordan dype gasser stiger og synker, og vi kan faktisk se hvordan dette skjer i sanntid», sa Miles.

Kan gi innsikt i eksoplaneter

Forskerne mener resultatene også kan bidra til bedre forståelse av atmosfæren på andre himmellegemer. Skyer, konveksjon og kjemiske prosesser knytter oppførselen til WISE 0855 til prosesser som foregår på Jupiter.

«Selv om brune dverger ikke er ekte planeter, har de planetlignende oppførsel», sa Miles.

Likhetene kan hjelpe forskere med å tolke gasskjempeeksoplaneter som observeres med Webb-teleskopet utenfor solsystemet, selv om de enkelte verdenene kan være svært forskjellige.

Miles planlegger flere observasjoner med en lengre tidsserie. Det kan gi mer presise målinger av WISE 0855s rotasjon og den tredimensjonale bevegelsen i atmosfæren, samt et klarere bilde av hvordan skyer og gasser endrer seg i forhold til hverandre.

Studien er tilgjengelig som en forhåndspublisering på arXiv og er antatt for publisering i tidsskriftet The Astrophysical Journal.