Los astrónomos sondean la estructura de la capa de la atmósfera de una enana marrón
Júpiter puede ser el planeta matón de nuestro sistema solar porque es el planeta más masivo. Pero en realidad es un enano comparado con muchos de los planetas gigantes que se encuentran alrededor de otras estrellas.
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| 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, con luz que se escapa 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 solo se encuentra 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 W. M. Keck en Hawai para estudiar los colores y las variaciones de brillo de la estructura de la nube de capas de la enana marrón, como se ve en la luz del infrarrojo cercano. MOSFIRE también recopiló las huellas dactilares espectrales de varios elementos químicos contenidos en las nubes y cómo cambian con el tiempo. Créditos: OBRA: NASA, ESA, STScI, Leah Hustak (STScI) |
Estos mundos extraterrestres, llamados super-Júpiter, pesan hasta 13 veces la masa de Júpiter. Los astrónomos han analizado la composición de algunos de estos monstruos. Pero ha sido difícil estudiar sus atmósferas en detalle porque estos gigantes gaseosos se pierden en el resplandor de sus estrellas madre.
Los investigadores, sin embargo, tienen un sustituto: las atmósferas de las enanas marrones, las llamadas estrellas fallidas que tienen hasta 80 veces la masa de Júpiter. Estos objetos pesados se forman a partir de una nube de gas que colapsa, como lo hacen las estrellas, pero carecen de la masa para calentarse lo suficiente como para sostener la fusión nuclear en sus núcleos, que alimenta a las estrellas.
En cambio, las enanas marrones comparten un parentesco con los super-Júpiter. Ambos tipos de objetos tienen temperaturas similares y son extremadamente masivos. También tienen ambientes complejos y variados. La única diferencia, piensan los astrónomos, es su pedigrí. 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, ha probado una nueva forma de mirar a través de las capas de nubes de estos objetos nómadas. Los investigadores utilizaron un instrumento en el Observatorio W. M. Keck en Hawai para estudiar en luz infrarroja cercana los colores y las variaciones de brillo de la estructura de la nube de capas en la 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 cómo cambian con el tiempo. Esta es la primera vez que los astrónomos utilizan el instrumento MOSFIRE en este tipo de estudio.
Estas mediciones ofrecieron a Manjavacas una vista holística 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. Esta tasa de absorción cambia debido al clima.
"La única forma de hacer esto desde el suelo es utilizando el instrumento MOSFIRE de alta resolución porque nos permite observar múltiples estrellas simultáneamente con nuestra enana marrón", explicó Manjavacas. "Esto nos permite corregir la contaminación introducida por la atmósfera de la Tierra y medir la verdadera señal de la enana marrón con buena precisión. Por lo tanto, estas observaciones son una prueba de concepto de que MOSFIRE puede hacer este tipo de estudios de enana marrón atmósferas ".
Manjavacas presentará sus resultados el 9 de junio en una conferencia de prensa en la reunión virtual de la American Astronomical Society.
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| Este gráfico muestra capas sucesivas de nubes en la atmósfera de una enana marrón cercana que flota libremente. Las roturas en las capas superiores de las nubes permitieron a los astrónomos sondear más profundamente en la atmósfera de la 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 de las nubes y las variaciones de brillo, así como en las huellas digitales espectrales de varios elementos químicos contenidos en las nubes y en el modelado atmosférico. Créditos: ILUSTRACIÓN: NASA, ESA, STScI, Andi James (STScI) |
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 imágenes de infrarrojo cercano tomadas por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en el norte de Chile.
"Aún no tenemos la capacidad con la tecnología actual para analizar en detalle la atmósfera de Beta Pictoris b", dijo Manjavacas. "Entonces, estamos usando nuestro estudio de la atmósfera de esta enana marrón como un proxy para tener una idea de cómo se verían las nubes del exoplaneta a diferentes alturas de su atmósfera".
Tanto la enana marrón como Beta Pictoris b son jóvenes, por lo que irradian calor fuertemente en el infrarrojo cercano. Ambos son miembros de una bandada de estrellas y objetos subestelares llamados grupo móvil Beta Pictoris, que comparte el mismo origen y un movimiento común a través del espacio. El grupo, que tiene unos 33 millones de años, es el grupo de estrellas jóvenes más cercano a la Tierra. Se encuentra aproximadamente a 115 años luz de distancia.
Aunque son más frías que las estrellas auténticas, las enanas marrones siguen siendo extremadamente calientes. La enana marrón del estudio de Manjavacas tiene una temperatura de 2.780 grados Fahrenheit (1.527 grados Celsius).
El objeto gigante es aproximadamente 12 veces más pesado que Júpiter. Como cuerpo joven, gira increíblemente rápido, completando una rotación cada 3,5 horas, en comparación con el período de rotación de 10 horas de Júpiter. Entonces, las nubes lo azotan, creando una atmósfera dinámica y turbulenta.
El instrumento MOSFIRE del Observatorio Keck miró fijamente a la enana marrón durante 2,5 horas, observando cómo la luz que se filtraba a través de la atmósfera desde el interior caliente de la enana se ilumina y atenúa con el tiempo. Los puntos brillantes que aparecen en el objeto giratorio indican regiones donde los investigadores pueden ver 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. Si se ve de cerca, podría parecerse a una calabaza de Halloween tallada, con luz que 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 incluye nubes de silicato de magnesio. Moviéndose hacia abajo en la atmósfera hay una capa de yoduro de sodio y nubes de silicato de magnesio. La capa final está formada por nubes de óxido de aluminio. 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 ubicación de los compuestos 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 de la NASA, un observatorio de infrarrojos programado para ser lanzado a finales de este año, proporcionarán aún más información sobre la atmósfera de una enana marrón. "JWST nos dará la estructura de toda la atmósfera, proporcionando más cobertura que cualquier otro telescopio", dijo Manjavacas.
El investigador espera que MOSFIRE pueda usarse junto con JWST para muestrear una amplia gama de enanas marrones. El objetivo es comprender mejor las enanas marrones y los planetas gigantes.
Créditos
Contacto con los medios
Donna Weaver
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Christine Pulliam
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Contacto científico
Elena Manjavacas
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
• Publicado en Hubble/NASA el 9 de junio del 2021, enlace publicación.
