Los astrónomos estudian la estructura del pastel en la atmósfera de la enana marrón

Las observaciones de una enana marrón cercana sugieren que tiene una atmósfera moteada con nubes dispersas y misteriosas manchas oscuras que recuerdan a la Gran Mancha Roja de Júpiter, como se muestra en el concepto de este artista. El objeto nómada, llamado 2MASS J22081363 + 2921215, se asemeja a una calabaza de Halloween tallada de la que se escapa la luz de su interior caliente. Las enanas marrones son más masivas que los planetas, pero demasiado pequeñas para sostener la fusión nuclear que alimenta las estrellas. Aunque está a unos 115 años luz de distancia, la enana marrón está demasiado distante para fotografiar cualquier característica. En cambio, los investigadores utilizaron el espectrógrafo de objetos múltiples para la exploración infrarroja (MOSFIRE) en el Observatorio WM Keck en Hawai para estudiar los cambios de color y brillo en la estructura de nubes en capas de la enana marrón que se ve en la luz del infrarrojo cercano. MOSFIRE también recopiló huellas dactilares espectrales de varios elementos químicos en las nubes y sus cambios a lo largo del tiempo. Créditos de imagen: NASA, ESA, STScI, Leah Hustak (STScI).

Las enanas marrones son el equivalente cósmico de tweers. Son demasiado masivos para ser planetas y demasiado pequeños para sostener la fusión nuclear en sus núcleos que alimenta a las estrellas. Muchas enanas marrones son nómadas. No giran alrededor de las estrellas, sino que se mueven entre ellas como solitarios.

A los astrónomos les gustaría saber cómo se componen estos objetos descarriados. ¿Tienen alguna relación con los gigantes gaseosos hinchados como Júpiter? Estudiar las enanas marrones es mucho más difícil que estudiar el cercano Júpiter para hacer comparaciones. Podemos enviar una nave espacial a Júpiter. Sin embargo, los astrónomos tienen que mirar a muchos años luz para observar la atmósfera de la enana marrón.

Los científicos utilizaron el Observatorio gigante WM Keck en Hawai para observar una enana marrón cercana en luz infrarroja. A diferencia de Júpiter, la joven enana marrón todavía está tan caliente que brilla desde dentro y parece una calabaza de Halloween tallada. Dado que la enana marrón tiene nubes dispersas, la luz que brilla desde las profundidades de la atmósfera de la enana está cambiando lo que los científicos han medido. Descubrieron que la atmósfera del enano tiene una estructura en capas con nubes de diferentes composiciones a diferentes altitudes.

Júpiter puede ser el planeta más peligroso de nuestro sistema solar porque es el planeta más masivo. Pero en realidad es un desperdicio en comparación con muchos planetas gigantes que se encuentran alrededor de otras estrellas.

Estos mundos alienígenas, llamados super-Júpiter, pesan hasta 13 masas de Júpiter. Los astrónomos han analizado la composición de algunos de estos monstruos. Pero sus atmósferas han sido difíciles de estudiar en detalle, ya que estos gigantes gaseosos se pierden en el resplandor de sus estrellas madre.

Los científicos, sin embargo, tienen un sustituto: atmósferas enanas marrones, las llamadas estrellas fallidas que pesan hasta 80 masas de Júpiter. Estos enormes objetos se forman a partir de una nube de gas que colapsa, como las estrellas, pero no tienen masa para calentar lo suficiente como para sostener la fusión nuclear en sus núcleos que alimenta a las estrellas.

En cambio, las enanas marrones comparten una afinidad con los super-Júpiter. Ambos tipos de objetos tienen una temperatura similar y son extremadamente masivos. También tienen una atmósfera compleja y diversa. La única diferencia, creen los astrónomos, es su linaje. Los super-júpiter se forman alrededor de las estrellas; las enanas marrones a menudo se forman de forma aislada.

Un equipo de astrónomos dirigido por Elena Manjavacas del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland, probó una nueva forma de mirar a través de las capas de nubes de estos objetos nómadas. Los científicos utilizaron un instrumento en el Observatorio WM Keck en Hawai para estudiar los colores del infrarrojo cercano y los cambios en el brillo de la estructura de las nubes en capas en una enana marrón cercana que flota libremente conocida como 2MASS J22081363 + 2921215.

El instrumento del Observatorio Keck, llamado Espectrógrafo de Objetos Múltiples para Exploración Infrarroja (MOSFIRE), también analizó las huellas dactilares espectrales de varios elementos químicos contenidos en las nubes y sus cambios a lo largo del tiempo. Por primera vez, los astrónomos han utilizado el instrumento MOSFIRE en este tipo de investigación.

Estas mediciones le dieron a Manjavacas una imagen general de las nubes atmosféricas de la enana marrón, proporcionando más detalles que las observaciones anteriores de este objeto. Impulsada por las observaciones del Hubble, esta técnica es difícil de realizar para los telescopios terrestres debido a la contaminación de la atmósfera terrestre, que absorbe ciertas longitudes de onda infrarrojas. Este coeficiente de absorción cambia con el clima.

«La única forma de hacer esto desde el suelo es utilizar el instrumento MOSFIRE de alta resolución, ya que nos permite observar muchas estrellas simultáneamente con nuestra enana marrón», explicó Manjavacas. “Esto nos permite corregir la contaminación introducida por la atmósfera terrestre y medir la verdadera señal de la enana marrón con buena precisión. Entonces, estas observaciones son evidencia de que MOSFIRE puede hacer este tipo de estudio de enanas marrones. atmósfera «.

Manjavacas presentará sus resultados el 9 de junio en una rueda de prensa en el encuentro virtual de la Sociedad Astronómica Estadounidense.

El investigador decidió estudiar esta enana marrón en particular porque es muy joven y, por lo tanto, extremadamente brillante y aún no se ha enfriado. Su masa y temperatura son similares a las del exoplaneta gigante cercano Beta Pictoris b, descubierto en 2008 en imágenes de infrarrojo cercano tomadas por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en el norte de Chile.

«Aún no estamos en condiciones con la tecnología actual para analizar la atmósfera de Beta Pictoris b en detalle», dijo Manjavacas. «Así que usamos nuestro estudio de la atmósfera de esta enana marrón como un proxy para tener una idea de cómo se verían las nubes de un exoplaneta a diferentes altitudes en su atmósfera».

Este gráfico muestra las sucesivas capas de nubes en la atmósfera de una enana marrón cercana que flota libremente. Los huecos en las capas superiores de las nubes han permitido a los astrónomos adentrarse en la atmósfera de una enana marrón llamada 2MASS J22081363 + 2921215. Las enanas marrones son más masivas que los planetas, pero demasiado pequeñas para sostener la fusión nuclear que alimenta las estrellas. Esta ilustración se basa en observaciones infrarrojas de los colores y el brillo de las nubes, así como en las huellas digitales espectrales de varios elementos químicos en las nubes y en el modelado de la atmósfera. Créditos de imagen: NASA, ESA, STScI, Andi James (STScI)

Tanto la enana marrón como Beta Pictoris b son jóvenes y, por lo tanto, emiten calor en el infrarrojo cercano. Ambos son miembros de una manada de estrellas y objetos subestelares conocidos como Beta Pictoris Moving Group, que comparten el mismo origen y movimiento en el espacio. El grupo, que tiene unos 33 millones de años, es el grupo de estrellas jóvenes más cercano a la Tierra. Está a unos 115 años luz de nosotros.

Aunque son más frías que las estrellas reales, las enanas marrones siguen siendo extremadamente calientes. La enana marrón del estudio de Manjavacas tiene una temperatura ardiente de 2.780 grados Fahrenheit (1.527 grados Celsius).

El objeto gigante es aproximadamente 12 veces más pesado que Júpiter. Cuando es un cuerpo joven, gira increíblemente rápido, girando cada 3,5 horas, en comparación con el período de rotación de 10 horas de Júpiter. Entonces las nubes lo batieron, creando una atmósfera dinámica y turbulenta.

El instrumento MOSFIRE en el Observatorio Keck miró fijamente a la enana marrón durante 2,5 horas, observando cómo la luz que penetraba en la atmósfera desde el interior caliente de la enana se iluminaba y atenuaba con el tiempo. Los puntos brillantes en un objeto en rotación indican regiones donde los científicos pueden mirar más profundamente en la atmósfera, donde hace más calor. Las longitudes de onda infrarrojas permiten a los astrónomos mirar más profundamente en la atmósfera. Las observaciones sugieren que la enana marrón tiene una atmósfera moteada con nubes dispersas. Cuando se ve de cerca, puede parecerse a una calabaza de Halloween tallada en la que la luz se escapa de su interior caliente.

Su espectro revela nubes de granos de arena caliente y otros elementos exóticos. El yoduro de potasio rastrea la atmósfera superior del objeto, que también contiene nubes de silicato de magnesio. En la atmósfera, se mueve una capa de nubes de yoduro de sodio y silicato de magnesio. La última capa está formada por nubes de alúmina. La profundidad total de la atmósfera es de 446 millas (718 kilómetros). Los elementos detectados representan una parte típica de la composición de las atmósferas enanas marrones, dijo Manjavacas.

La investigadora y su equipo utilizaron modelos informáticos de atmósferas de enanas marrones para determinar la posición de los productos químicos en cada capa de nubes.

El plan de Manjavacas es utilizar el MOSFIRE del Observatorio Keck para estudiar otras atmósferas de enanas marrones y compararlas con las de los gigantes gaseosos. Los telescopios futuros, como el telescopio espacial James Webb, cuyo lanzamiento está programado para finales de este año, proporcionarán aún más información sobre la atmósfera de la enana marrón. «JWST nos dará la estructura de toda la atmósfera, dándonos un alcance mayor que cualquier otro telescopio», dijo Manjavacas.

El investigador espera que MOSFIRE se pueda utilizar junto con JWST para muestrear una amplia variedad de enanas marrones. El objetivo es comprender mejor las enanas marrones y los planetas gigantes.

Proporcionado por el Centro de información ESA / Hubble

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