Telescopios de Maunakea confirman la primera enana marrón descubierta por observaciones de radio.

Gemini North e IRTF confirman el descubrimiento de LOFAR. Una colaboración entre el radiotelescopio LOw Frequency ARray (LOFAR) en Europa, el telescopio Gemini North y el InfraRed Telescope Facility (IRTF) de la NASA, ambos en Maunakea en Hawai'i, ha llevado al primer descubrimiento directo de una enana marrón fría. de su emisión de longitud de onda de radio. Además de allanar el camino para futuros descubrimientos de enanas marrones, este resultado es un paso importante hacia la aplicación de la radioastronomía al apasionante campo de los exoplanetas.

Impresión artística de la fría enana marrón BDR J1750 + 3809. Los bucles azules representan las líneas del campo magnético. Las partículas cargadas que se mueven a lo largo de estas líneas emiten ondas de radio que LOFAR detectó. Algunas partículas eventualmente llegan a los polos y generan auroras similares a las auroras boreales en la Tierra. Crédito: ASTRON / Danielle Futselaar

Por primera vez, los astrónomos han utilizado las observaciones del radiotelescopio LOFAR, el IRTF de la NASA, operado por la Universidad de Hawai‘i, y el Observatorio internacional Gemini, un programa del NOIRLab de NSF, para descubrir y caracterizar una enana marrón fría. El objeto, designado BDR J1750 + 3809, es el primer objeto subestelar descubierto mediante observaciones de radio; hasta ahora, se han descubierto enanas marrones en grandes estudios infrarrojos y ópticos. El descubrimiento directo de estos objetos con radiotelescopios sensibles como LOFAR es un avance significativo porque demuestra que los astrónomos pueden detectar objetos que son demasiado fríos y débiles para ser encontrados en estudios infrarrojos existentes, tal vez incluso grandes exoplanetas que flotan libremente.

"En este descubrimiento, Géminis fue particularmente importante porque identificó el objeto como una enana marrón y también nos dio una indicación de la temperatura del objeto", explicó el autor principal Harish Vedantham de ASTRON, el Instituto Holandés de Radioastronomía. "Las observaciones de Géminis nos dijeron que el objeto estaba lo suficientemente frío como para que se formara metano en su atmósfera, lo que nos muestra que el objeto es un primo cercano de los planetas del Sistema Solar como Júpiter".

Las enanas marrones son objetos subestelares que se encuentran a ambos lados del límite entre los planetas más grandes y las estrellas más pequeñas [1]. Ocasionalmente denominadas estrellas fallidas, las enanas marrones carecen de la masa para desencadenar la fusión de hidrógeno en sus núcleos, y en cambio brillan en longitudes de onda infrarrojas con el calor sobrante de su formación. Si bien carecen de las reacciones de fusión que hacen que nuestro Sol brille, las enanas marrones pueden emitir luz en longitudes de onda de radio. El proceso subyacente que alimenta esta emisión de radio es familiar, ya que ocurre en el planeta más grande del Sistema Solar. El poderoso campo magnético de Júpiter acelera las partículas cargadas, como los electrones, que a su vez producen radiación, en este caso, ondas de radio [2] y auroras.

El hecho de que las enanas marrones sean emisoras de radio permitió la colaboración internacional de los astrónomos detrás de este resultado para desarrollar una nueva estrategia de observación. Las emisiones de radio se han detectado previamente solo en un puñado de enanas marrones frías, y se han conocido y catalogado mediante estudios infrarrojos antes de ser observadas con radiotelescopios. El equipo decidió cambiar esta estrategia, utilizando un radiotelescopio sensible para descubrir fuentes frías y débiles y luego realizar observaciones infrarrojas de seguimiento con un telescopio grande como el telescopio Gemini North de 8 metros para clasificarlas.

El observatorio Gemini Norte bajo la cúpula de la Vía Láctea.

“Nos preguntamos, '¿Por qué apuntar nuestro radiotelescopio a las enanas marrones catalogadas?'”, Dijo Vedantham. "Hagamos una imagen grande del cielo y descubramos estos objetos directamente en la radio".

Habiendo encontrado una variedad de firmas de radio reveladoras en sus observaciones, el equipo tuvo que distinguir las fuentes potencialmente interesantes de las galaxias de fondo. Para ello, buscaron una forma especial de luz que estuviera polarizada circularmente [3], una característica de la luz de las estrellas, planetas y enanas marrones, pero no de las galaxias de fondo. Habiendo encontrado una fuente de radio polarizada circularmente, el equipo recurrió a telescopios, incluidos Gemini North y el IRTF de la NASA, para proporcionar las medidas necesarias para identificar su descubrimiento.

Gemini North está equipado con una variedad de instrumentos infrarrojos, uno de los cuales generalmente se mantiene listo para observar cuando surge una oportunidad astronómica interesante. En el caso del BDR J1750 + 3809, el generador de imágenes infrarrojo principal de Gemini, el generador de imágenes y espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRI), no estaba disponible, por lo que los astrónomos de Gemini dieron el paso inusual de usar la cámara de adquisición para el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Gemini (GNIRS) en lugar. Gracias al cuidadoso trabajo y la previsión del personal de Gemini, esta cámara proporcionó imágenes profundas, nítidas y precisas en varias longitudes de onda infrarrojas.

"Estas observaciones realmente resaltan la versatilidad de Gemini y, en particular, la capacidad de imágenes de 'ojo de cerradura' poco utilizada del espectrógrafo GNIRS de Gemini", comentó el astrónomo del Observatorio Gemini y de la Universidad de Edimburgo Trent Dupuy, coautor del artículo de investigación. Las observaciones de Gemini North se obtuvieron a través del tiempo discrecional del director, que está reservado para programas que necesitan pequeñas cantidades de tiempo de observación con resultados potencialmente de alto impacto.

Esta observación muestra tanto la flexibilidad como el poder de los Observatorios Gemini ”, dijo Martin Still de la National Science Foundation (NSF). "Esta fue una oportunidad en la que el diseño y las operaciones de Gemini permitieron que una idea innovadora se convirtiera en un descubrimiento significativo".

Además de ser un resultado emocionante por derecho propio, el descubrimiento de BDR J1750 + 3809 podría proporcionar una visión tentadora de un futuro en el que los astrónomos puedan medir las propiedades de los campos magnéticos de los exoplanetas. Las enanas marrones frías son las cosas más cercanas a los exoplanetas que los astrónomos pueden detectar actualmente con radiotelescopios, y este descubrimiento podría usarse para probar teorías que predicen la fuerza del campo magnético de los exoplanetas. Los campos magnéticos son un factor importante para determinar las propiedades atmosféricas y la evolución a largo plazo de los exoplanetas.

"Nuestro objetivo final es comprender el magnetismo en los exoplanetas y cómo afecta su capacidad para albergar vida", concluyó Vedantham. “Debido a que los fenómenos magnéticos de las enanas marrones frías son tan similares a lo que se ve en los planetas del Sistema Solar, esperamos que nuestro trabajo proporcione datos vitales para probar modelos teóricos que predicen los campos magnéticos de exoplanetas”.

Los telescopios de Maunakea confirman la primera enana marrón descubierta por observaciones de radio. Crédito: Imágenes y videos: Observatorio Internacional Géminis / NOIRLab / NSF / AURA / Lomberg J, J. Chu / J. Pollard, E. Mastroianni, LOFAR / ASTRON, S. Brunier / Digitized Sky Survey 2. Música: Stellardrone - Airglow (https://stellardrone.bandcamp.com/).

Notas.

[1] La primera observación inequívoca de una enana marrón no ocurrió hasta 1995, después de más de 30 años de predicciones teóricas. El nombre de estos objetos fue acuñado por la astrónoma estadounidense Jill Tarter en referencia a su color esperado.

[2] La radiación emitida por la aceleración de partículas cargadas en un campo magnético se conoce como radiación ciclotrónica. El nombre proviene del ciclotrón, un tipo temprano de acelerador de partículas.

[3] La luz polarizada circularmente también se utiliza para crear películas en 3D.

Más información.

Esta investigación se presentó en el artículo Direct Radio Discovery of a Cold Brown Dwarf que aparecerá en The Astrophysical Journal Letters.

El equipo está compuesto por HK Vedantham (ASTRON y Universidad de Groningen), JR Callingham (Observatorio de Leiden y ASTRON), TW Shimwell (Observatorio ASTRON y Leiden), T.Dupuy (Universidad de Edimburgo y Observatorio Gemini / NOIRLab de NSF), William MJ Best (Universidad de Texas y astrónomo visitante en el IRTF de la NASA, Michael C. Liu (Universidad de Hawai'i y astrónomo visitante en el IRTF de la NASA), Zhoujian Zhang (Universidad de Hawai'i), K. De (Instituto de Tecnología de California) ), L. Lamy (LESIA, Observatoire de Paris), P. Zarka (LESIA, Observatoire de Paris), HJA Röttgering (Observatorio de Leiden) y A. Shulevski (Observatorio de Leiden).

Enlaces.

• Trabajo de investigación.
• Comunicado de prensa de ASTRON.
• Comunicado de prensa del Instituto de Astronomía.
• Fotos de Géminis Norte.

Contactos.

Harish Vedantham

ASTRON y Universidad de Groningen

Correo electrónico: vedantham@astron.nl

Trent Dupuy

Universidad de Edimburgo y Observatorio Gemini

Correo electrónico: tdupuy@roe.ac.uk

Amanda Kocz

Responsable de Prensa y Comunicaciones Internas

NOIRLab de NSF

Móvil: +1626524 5884

Correo electrónico: amanda.kocz@noirlab.edu

• Publicado en Observatorio Gemini el 9 de noviembre del 2020, enlace publicación.