一颗比我们太阳系气态巨行星重 13 倍的幽灵般的“超级木星”正漂浮在距离地球约 20 光年的宇宙中。尽管 SIMP 0136 于 2006 年被发现，但这个被称为“自由漂浮行星质量天体”的它近二十年来一直令天文学家感到困惑——它是一颗流浪行星、失败的恒星，还是别的什么？多亏一个国际团队利用 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的最新研究，新记录的细节有助于阐明 SIMP 0136 的性质。研究结果于 3 月 3 日发表在《天体物理学进展》杂志》上，描绘了一个复杂的宇宙天体，它不断拓展我们对宇宙的理解。
SIMP J013656.5+093347（简称 SIMP 0136）在近 20 年前首次被探测到，它似乎是一个快速旋转的、行星大小的天体，位于双鱼座。它在北天空中相对孤立，是该区域最明亮的天体。总而言之，SIMP 0136 为天文学家提供了研究系外行星气象学的最佳选择之一。
使用地面仪器以及哈勃和斯皮策太空望远镜进行的先前检查表明 SIMP 0136 可能是一颗褐矮星——一种具有恒星特征但质量不足以启动核聚变的宇宙天体。然而，其独特的特征一直让天文学家困惑：其亮度波动表明存在复杂的原子层条件，而不仅仅是云层。他们对 SIMP 0136 了解得越多，它就越像一颗系外行星，尽管它没有恒星可以环绕。
“我们已经知道它亮度会变化，而且我们确信有斑驳的云层会周期性地进入和离开我们的视线并随时间演变，”波士顿大学研究员 Allison McCarthy 在 3 月 3 日的声明中解释道。“我们还认为可能存在温度变化、化学反应以及一些极光活动的影响会影响亮度，但我们不确定。”
为了解决其中一些谜团，McCarthy 和她的同事最近用 JWST 对 SIMP 0136 进行了两个完整的自转周期观测，然后使用该望远镜的近红外光谱仪 (NIRSpec) 和中红外仪 (MIRI) 收集了数据。生成的数据在红外光谱中具有数百个波长测量值，McCarthy 的团队可以分析这些测量值在快速自转过程中发生的变化。
“直到现在，我们只有哈勃望远镜提供的一小部分近红外光谱，以及斯皮策望远镜提供的少数亮度测量值，”首席研究员、都柏林三一学院研究员 Johanna Vos 补充道。“看到这个天体的完整光谱在几分钟内发生变化真是令人难以置信。”
该团队注意到 SIMP 0136 同时表现出几种不同的光变曲线形状。当某些波长亮度增加时，其他波长则变暗或保持相对稳定。这表明存在多种因素触发了这些变化。波士顿大学的合著者 Philip Muirhead 将这些观测结果比作从很远的地方观察地球。
“当海洋进入视野时，蓝色会增加。棕色和绿色的变化会告诉你关于土壤和植被的信息，”他说。
这些光变曲线显示了来自孤立行星质量天体SIMP 0136 的三种不同近红外光波长（颜色）的亮度变化，随着其自转而发生。这些光是由韦伯望远镜的 NIRSpec（近红外光谱仪）捕获的，该仪器在 2023 年 7 月 23 日的约 3 小时内，以每 1.8 秒一次的速度总共收集了 5,726 个光谱。 来源：NASA / 太空望远镜科学研究所 (STScI)
额外的模型大气分析帮助该团队评估了每个光波长可能出现的深度来源，这可以进一步阐明 SIMP 0136 的细节。位于大气深处的一个波长组表明存在由铁颗粒组成的斑驳云层，而较高处的云层可能含有硅酸盐矿物。然而，第三个波长簇似乎存在于极高的高度，对应于热点。专家认为，这些可能来自先前观测到的极光，或者可能是来自大气深处上升的热气体喷流。
并非所有光变曲线都能得到解释，并且与云层或温度无关。研究人员认为，这些可能代表了大气碳化学的差异，例如一氧化碳和二氧化碳的聚集。
Vos 承认他们“还没有真正弄清楚谜团中的化学部分”，但对最新的发现感到兴奋。这些数据也强调了 SIMP 0136 等系外行星的多样性。
“如果我们观察一颗系外行星，并且只能获得一次测量，那么我们需要考虑到它可能不能代表整个行星，”Vos 说。
