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| Imagen estrella enana marrón |
Las observaciones pueden ofrecer información sobre las atmósferas de planetas gigantes
Las enanas marrones son el equivalente cósmico de los tweeners. 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 orbitan estrellas sino que se desplazan entre ellas como solitarios.
A los astrónomos les gustaría saber cómo se juntan estos objetos díscolos. ¿Comparten algún tipo de parentesco con planetas gigantes gaseosos hinchados como Júpiter? Estudiar las enanas marrones es mucho más difícil que estudiar júpiter cercano para hacer comparaciones. Podemos enviar naves espaciales a Júpiter. Pero los astrónomos necesitan mirar a través de muchos años luz para asomarse a la atmósfera de una enana marrón.
Los investigadores utilizaron el gigante Observatorio W.M. Keck en Hawái para observar una enana marrón cercana en luz infrarroja. A diferencia de Júpiter, la joven enana marrón sigue siendo tan caliente que brilla de adentro hacia afuera, y se ve como una calabaza tallada de Halloween. Debido a que la enana marrón tiene nubes dispersas, la luz que brilla desde lo profundo de la atmósfera de la enana fluctúa, lo que los investigadores midieron. Encontraron que la atmósfera del enano tiene una estructura de capa-pastel con nubes que tienen diferente composición a diferentes altitudes.
Júpiter puede ser el planeta matón de nuestro sistema solar porque es el planeta más masivo. Pero en realidad es un runt en comparación con muchos de los planetas gigantes que se encuentran alrededor de otras estrellas.
Estos mundos alienígenas, 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 progenitoras.
Los investigadores, sin embargo, tienen un sustituto: las atmósferas de enanas marrones, las llamadas estrellas fallidas que son hasta 80 veces la masa de Júpiter. Estos objetos fuertes 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, lo 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 atmósferas complejas y variadas. 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, liderado 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 Hawái para estudiar en luz infrarroja cercana los colores y las variaciones de brillo de la estructura de nubes de capa-pastel en la cercana enana marrón flotante conocida como 2MASS J22081363+2921215.
El instrumento del Observatorio Keck, llamado Espectrógrafo Multi-Objeto para la 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 estudios.
Estas mediciones ofrecieron a Manjavacas una visión holística de las nubes atmosféricas de la enana marrón, proporcionando más detalles que las observaciones anteriores de este objeto. Iniciada por las observaciones del Hubble, esta técnica es difícil de realizar para los telescopios terrestres debido a la contaminación de la atmósfera de la Tierra, que absorbe ciertas longitudes de onda infrarrojas. Esta tasa de absorción cambia debido al clima.
"La única manera de hacer esto desde el suelo es usando 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 atmósferas de enanas marrones".
Manjavacas presentará sus resultados el 9 de junio en una rueda de prensa en la reunión virtual de la Sociedad Astronómica Americana.
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 cercano exoplaneta gigante 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.
"Todavía no tenemos la capacidad con la tecnología actual de analizar en detalle la atmósfera de Beta Pictoris b", dijo Manjavacas. "Por lo tanto, estamos usando nuestro estudio de la atmósfera de esta enana marrón como un proxy para tener una idea de cómo podrían verse 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 el 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 la agrupación más cercana de estrellas jóvenes a la Tierra. Se encuentra a unos 115 años luz de distancia.
Si bien son más frías que las estrellas de buena fe, las enanas marrones siguen siendo extremadamente calientes. La enana marrón en el estudio de Manjavacas es un chisporroteo de 2.780 grados Fahrenheit (1.527 grados Celsius).
El objeto gigante es unas 12 veces más pesado que Júpiter. Como un cuerpo joven, está girando 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 están azotando, 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 se 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 a 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 la luz escapando de su interior caliente.
Su espectro revela nubes de granos de arena caliente y otros elementos exóticos. El yoduro de potasio traza la atmósfera superior del objeto, que también incluye nubes de silicato de magnesio. Moviéndose hacia abajo en la atmósfera hay una capa de nubes de yoduro de sodio y silicato de magnesio. La capa final consiste en 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 de 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 usar el MOSFIRE del Observatorio Keck para estudiar otras atmósferas de enanas marrones y compararlas con las de gigantes gaseosos. Futuros telescopios como el de la NASA Telescopio espacial James Webb , un observatorio infrarrojo programado para lanzarse a finales de este año, proporcionará 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 se pueda utilizar en conjunto con JWST para muestrear una amplia gama de enanas marrones. El objetivo es una mejor comprensión de las enanas marrones y los planetas gigantes.
Via: hubblesite.org
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