Científicos pronostican el clima en una enana marrón.

Estudiando la atmósfera en enanas marrones.

Ilustración que muestra una enana marón con bandas de nubes pensadas para parecerse a las vistas en Neptuno y otros planetas gaseosos del Sistema Solar.

Objetos débiles llamados enanas marrones, menos masivas que el Sol, pero más masivas que Júpiter, tienen fuertes vientos y nubes, específicamente, nubes calientes y desiguales hechas de gotitas de hierro y polvo de silicato. Los científicos se dieron cuenta recientemente de que estas nubes gigantescas pueden moverse y espesarse o adelgazarse rápidamente, en menos de un día de la Tierra, pero no entendieron por qué.

Ahora, los investigadores tienen un nuevo modelo para explicar cómo las nubes se mueven y cambian de forma en las enanas marrones, utilizando las observaciones del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Las ondas gigantes causan un movimiento a gran escala de partículas en las atmósferas de las enanas marrones, cambiando el espesor de las nubes de silicato, informan los investigadores en la revista Science. El estudio también sugiere que estas nubes están organizadas en bandas confinadas a diferentes latitudes, viajando con diferentes velocidades en diferentes bandas.

"Esta es la primera vez que vemos bandas y ondas atmosféricas en enanas marrones", dijo el autor principal Daniel Apai, profesor asociado de astronomía y ciencias planetarias en la Universidad de Arizona en Tucson.

Al igual que en el océano de la Tierra, pueden formarse diferentes tipos de ondas en atmósferas planetarias. Por ejemplo, en la atmósfera terrestre, las ondas muy largas mezclan el aire frío de las regiones polares a las latitudes medias, que a menudo conducen a las nubes a formar o disipar.

La distribución y los movimientos de las nubes en enanas marrones en este estudio son más similares a los observados en Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Neptuno tiene estructuras de nubes que siguen caminos con bandas también, pero sus nubes están hechas de hielo. Las observaciones de Neptuno de la nave espacial Kepler de la NASA, operando en su misión K2, fueron importantes en esta comparación entre el planeta y las enanas marrones.

El Observatorio Spitzer de la NASA.

"Los vientos atmosféricos de las enanas marrones parecen ser más parecidos al patrón regular familiar de cinturones y zonas de Júpiter que la caótica ebullición atmosférica vista en el Sol y muchas otras estrellas", dijo el coautor del estudio Mark Marley en el Ames Research Center de la NASA en California Silicon Valle.

Las enanas marrones pueden ser consideradas como estrellas fallidas porque son demasiado pequeñas para fusionar elementos químicos en sus núcleos. También pueden ser considerados como "super planetas" porque son más masivos que Júpiter, pero tienen aproximadamente el mismo diámetro. Al igual que los planetas gigantes de gas, las enanas marrones están hechas principalmente de hidrógeno y helio, pero a menudo se encuentran separadas de cualquier sistema planetario. En un estudio realizado en 2014 con Spitzer, los científicos descubrieron que las enanas marrones suelen tener tormentas atmosféricas.

Debido a su similitud con los exoplanetas gigantes, las enanas marrones son ventanas en sistemas planetarios más allá de los nuestros. Es más fácil estudiar las enanas marrones que los planetas porque a menudo no tienen una estrella anfitriona brillante que les oscurece.

"Es probable que la estructura de bandas y las grandes ondas atmosféricas que encontramos en las enanas marrones también sean comunes en los exoplanetas gigantes", dijo Apai.

Utilizando Spitzer, los científicos monitorearon los cambios de brillo en seis enanas marrones durante más de un año, observando que cada una de ellas giraba 32 veces. Cuando una enana marrón gira, sus nubes se mueven dentro y fuera del hemisferio visto por el telescopio, causando cambios en el brillo de la enana marrón. Los científicos analizaron entonces estas variaciones de brillo para explorar cómo se distribuyen las nubes de silicato en las enanas marrones.

Los investigadores habían estado esperando que estas enanas marrones tuvieran tormentas elípticas parecidas a la Gran Mancha Roja de Júpiter causada por zonas de alta presión. La Gran Mancha Roja ha estado presente en Júpiter durante cientos de años y cambia muy lentamente. Tales "manchas" no podían explicar los rápidos cambios de brillo que los científicos vieron al observar estas enanas marrones. Los niveles de brillo de las enanas marrones variaban marcadamente justo sobre el curso de un día de la Tierra.

La gran mancha roja de Júpiter, el norte del planeta se encuentra a la derecha.
Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran

Para tener sentido de los altibajos del brillo, los científicos tuvieron que replantearse sus suposiciones acerca de lo que estaba ocurriendo en las atmósferas de las enanas marrones. El mejor modelo para explicar las variaciones implica ondas grandes, que se propagan a través de la atmósfera con diferentes períodos. Estas ondas harían girar las estructuras de nubes con diferentes velocidades en diferentes bandas.

Theodora Karalidi, investigadora de la Universidad de Arizona, utilizó un superordenador y un nuevo algoritmo de computadora para crear mapas de cómo las nubes viajan en estas enanas marrones.

"Cuando los picos de las dos ondas están compensados, en el transcurso del día hay dos puntos de brillo máximo", dijo Karalidi. "Cuando las olas están en sincronía, se obtiene un pico grande, haciendo que la enana marrón sea dos veces más brillante que con una sola onda".

Los resultados explican el comportamiento desconcertante y los cambios de brillo que los investigadores vieron anteriormente. El siguiente paso es tratar de comprender mejor las causas de las ondas que impulsan el comportamiento de las nubes.

JPL gestiona la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misión Científica de la NASA, Washington. Las operaciones de la ciencia se llevan a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech en Pasadena, California. Las operaciones de las naves espaciales se basan en Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Archivo de Ciencia Infrarroja ubicado en el Centro de Procesamiento y Análisis Infrarrojos de Caltech. Caltech gestiona JPL para la NASA.

Crédito:

NASA/JPL-Caltech.

Publicado en Spizter el 17 de agosto del 2.017.