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 resplandorde 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 las estrellas, pero carecen de 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 atmósferas complejas y variadas. La única diferencia, piensan los astrónomos, es su pedigrí. Los super-Júpiter se forman alrededorestrellas; 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 WM Keck en Maunakea enHawaii 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 Multi-Objeto para Exploración Infrarroja MOSFIRE, también analizó las huellas espectrales de varios elementos químicos contenidos en las nubes y cómo cambian con el tiempo. Esta es la primera vez que los astrónomos utilizan MOSFIRE eneste 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. Pioneros en las observaciones del Hubble, esta técnica es difícil de realizar para los telescopios terrestres debido a la contaminación de la atmósfera terrestre, queabsorbe 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 de Keck porque nos permite observar múltiples estrellas simultáneamente con nuestra enana marrón", dijo Manjavacas, ex astrónomo del Observatorio Keck y autor principaldel estudio ". 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 realizar este tipo de estudiosde atmósferas de enanas marrones. "
Decidió estudiar esta enana marrón en particular porque es muy joven y, por lo tanto, extremadamente brillante. Aún no se ha enfriado. Su masa y temperatura son similares a las del exoplaneta gigante cercano Beta Pictoris b, descubierto en 2008 en el infrarrojo cercano.imágenes tomadas por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en el norte de Chile.
"Todavía 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 ideade 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. Ambas son miembros de una bandada de estrellas y objetos subestelares llamados el grupo móvil Beta Pictoris, que comparte el mismo origeny 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.
Si bien son más frías que las estrellas genuinas, las enanas marrones todavía son extremadamente calientes. La enana marrón en el estudio de Manjavacas tiene una temperatura de 2780 grados Fahrenheit 1,527 grados Celsius.
El objeto gigante es aproximadamente 12 veces más pesado que Júpiter. Cuando era un cuerpo joven, gira increíblemente rápido, completando una rotación cada 3,5 horas, en comparación con el período de rotación de 10 horas de Júpiter. Por lo tanto, las nubes azotan el planeta, creandouna 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 filtra a través de la atmósfera desde el interior caliente de la enana se ilumina y atenúa con el tiempo. Los puntos brillantes que aparecieron en el objeto giratorio indican regiones donde los investigadores pueden ver más profundamenteen 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, el planeta podría parecerse a una calabaza de Halloween tallada, conluz que se escapa del 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. En la atmósfera se mueve una capa de yoduro de sodio y nubes de silicato de magnesio. La capa final consiste ende 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.
Ella 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 estudio se publicará en El diario astronómico .
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. Futuros telescopios como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, un observatorio infrarrojo programado para lanzarse a finales de este año, proporcionarán inclusomás 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.
Ella espera que MOSFIRE pueda usarse en conjunto con JWST para muestrear una amplia gama de enanas marrones y obtener una mejor comprensión de las enanas marrones y los planetas gigantes.
"Los exoplanetas son mucho más diversos de lo que vemos localmente en el sistema solar", dijo el científico jefe del Observatorio Keck, John O'Meara. "Es un trabajo como este, y el trabajo futuro con Keck y JWST, que nos dará unaimagen de la diversidad de planetas que orbitan otras estrellas. "
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