Anãs marrons são o equivalente cósmico de tweeners. Eles são muito grandes para serem planetas e muito pequenos para sustentar a fusão nuclear em seus núcleos, que alimenta as estrelas. Muitas anãs marrons são nômades. Eles não orbitam estrelas, mas vagam entre eles como solitários.
Os astrônomos gostariam de saber como esses objetos rebeldes são colocados juntos. Eles compartilham algum tipo de parentesco com planetas gigantes gasosos inchados como Júpiter? Estudar as anãs marrons é muito mais difícil do que estudar a vizinha Júpiter para fazer comparações. Podemos enviar espaçonaves para Júpiter. Mas os astrônomos precisam olhar muitos anos-luz para espiar a atmosfera de uma anã marrom.
Os pesquisadores usaram o gigante Observatório W. M. Keck no Havaí para observar uma anã marrom próxima na luz infravermelha. Ao contrário de Júpiter, a jovem anã marrom ainda está tão quente que brilha de dentro para fora e se parece com uma abóbora de Halloween esculpida. Como a anã marrom tem nuvens dispersas, a luz que brilha das profundezas da atmosfera da anã flutua, o que os pesquisadores mediram. Eles descobriram que a atmosfera do anão tem uma estrutura de bolo em camadas com nuvens tendo diferentes composições em diferentes altitudes.
Júpiter pode ser o planeta agressor do nosso sistema solar porque é o planeta mais massivo. Mas na verdade é um nanico em comparação com muitos dos planetas gigantes encontrados ao redor de outras estrelas.
Esses mundos alienígenas, chamados de super-Júpiter, pesam até 13 vezes a massa de Júpiter. Astrônomos analisaram a composição de alguns desses monstros. Mas tem sido difícil estudar suas atmosferas em detalhes porque esses gigantes gasosos se perdem no brilho de suas estrelas-mãe.
Os pesquisadores, no entanto, têm um substituto: as atmosferas das anãs marrons, as chamadas estrelas falhadas, que têm até 80 vezes a massa de Júpiter. Esses objetos pesados se formam a partir de uma nuvem de gás em colapso, como acontece com as estrelas, mas não têm massa para se aquecer o suficiente para sustentar a fusão nuclear em seus núcleos, que alimenta as estrelas.
Em vez disso, as anãs marrons compartilham um parentesco com os super-Júpiter. Ambos os tipos de objetos têm temperaturas semelhantes e são extremamente massivos. Eles também têm ambientes complexos e variados. A única diferença, pensam os astrônomos, é seu pedigree. Super-Júpiteres se formam em torno de estrelas; anãs marrons freqüentemente se formam isoladas.
Uma equipe de astrônomos, liderada por Elena Manjavacas, do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, testou uma nova maneira de perscrutar através das camadas de nuvens desses objetos nômades. Os pesquisadores usaram um instrumento no Observatório W. M. Keck, no Havaí, para estudar na luz infravermelha próxima as cores e variações de brilho da estrutura da nuvem em camadas na anã marrom flutuante nas proximidades, conhecida como 2MASS J22081363 + 2921215.
O instrumento do Observatório Keck, denominado Espectrógrafo Multi-Objeto para Exploração no Infravermelho (MOSFIRE), também analisou as impressões digitais espectrais de vários elementos químicos contidos nas nuvens e como eles mudam com o tempo. Esta é a primeira vez que astrônomos usam o instrumento MOSFIRE neste tipo de estudo.
Essas medições ofereceram a Manjavacas uma visão holística das nuvens atmosféricas da anã marrom, fornecendo mais detalhes do que as observações anteriores deste objeto. Lançada pelas observações do Hubble, esta técnica é difícil para os telescópios terrestres fazerem por causa da contaminação da atmosfera da Terra, que absorve certos comprimentos de onda infravermelhos. Esta taxa de absorção muda devido ao clima.
“A única maneira de fazer isso do solo é usando o instrumento de alta resolução MOSFIRE, porque nos permite observar várias estrelas simultaneamente com nossa anã marrom”, explicou Manjavacas. “Isso nos permite corrigir a contaminação introduzida pela atmosfera da Terra e medir o verdadeiro sinal da anã marrom com boa precisão. Portanto, essas observações são uma prova de conceito de que o MOSFIRE pode fazer esses tipos de estudos de anã marrom atmosferas. ”
Manjavacas apresentará seus resultados em 9 de junho em uma coletiva de imprensa no encontro virtual da American Astronomical Society.
O pesquisador decidiu estudar esta anã marrom em particular porque ela é muito jovem e, portanto, extremamente brilhante e ainda não esfriou. Sua massa e temperatura são semelhantes às do exoplaneta gigante vizinho Beta Pictoris b, descoberto em 2008 em imagens no infravermelho próximo feitas pelo Very Large Telescope do European Southern Observatory, no norte do Chile.
“Ainda não temos a capacidade de, com a tecnologia atual, analisar em detalhes a atmosfera do Beta Pictoris b”, disse Manjavacas. “Então, estamos usando nosso estudo da atmosfera desta anã marrom como um proxy para ter uma ideia de como as nuvens do exoplaneta podem parecer em diferentes alturas de sua atmosfera.”
Tanto a anã marrom quanto a Beta Pictoris b são jovens, portanto irradiam calor fortemente no infravermelho próximo. Ambos são membros de um bando de estrelas e objetos subestelares chamados de grupo móvel Beta Pictoris, que compartilha a mesma origem e um movimento comum através do espaço. O grupo, que tem cerca de 33 milhões de anos, é o agrupamento de estrelas jovens mais próximo da Terra. Ele está localizado a cerca de 115 anos-luz de distância.
Embora sejam mais frias do que estrelas genuínas, as anãs marrons ainda são extremamente quentes. A anã marrom no estudo de Manjavacas tem uma temperatura de 2.780 graus Fahrenheit (1.527 graus Celsius).
O objeto gigante é cerca de 12 vezes mais pesado que Júpiter. Como um corpo jovem, ele está girando incrivelmente rápido, completando uma rotação a cada 3,5 horas, em comparação com o período de rotação de 10 horas de Júpiter. Então, as nuvens estão chicoteando-o, criando uma atmosfera dinâmica e turbulenta.
O instrumento MOSFIRE do Observatório Keck olhou para a anã marrom por 2,5 horas, observando como a luz filtrada pela atmosfera vinda do interior quente da anã clareia e escurece com o tempo. Pontos brilhantes que aparecem no objeto em rotação indicam regiões onde os pesquisadores podem ver mais profundamente na atmosfera, onde é mais quente. Os comprimentos de onda infravermelhos permitem aos astrônomos perscrutar mais profundamente a atmosfera. As observações sugerem que a anã marrom tem uma atmosfera mosqueada com nuvens espalhadas. Se visto de perto, pode se assemelhar a uma abóbora de Halloween esculpida, com a luz escapando de seu interior quente.
Seu espectro revela nuvens de grãos de areia quente e outros elementos exóticos. O iodeto de potássio traça a atmosfera superior do objeto, que também inclui nuvens de silicato de magnésio. Descendo na atmosfera está uma camada de iodeto de sódio e nuvens de silicato de magnésio. A camada final consiste em nuvens de óxido de alumínio. A profundidade total da atmosfera é de 446 milhas (718 quilômetros). Os elementos detectados representam uma parte típica da composição da atmosfera das anãs marrons, disse Manjavacas.
A pesquisadora e sua equipe usaram modelos de computador de atmosferas de anãs marrons para determinar a localização dos compostos químicos em cada camada de nuvem.
O plano de Manjavacas é usar o MOSFIRE do Observatório Keck para estudar outras atmosferas de anãs marrons e compará-las com as de gigantes gasosos. Futuros telescópios, como o James Webb Space Telescope da NASA, um observatório infravermelho com lançamento previsto para o final deste ano, fornecerão ainda mais informações sobre a atmosfera de uma anã marrom. “O James Webb nos dará a estrutura de toda a atmosfera, fornecendo mais cobertura do que qualquer outro telescópio”, disse Manjavacas.
O pesquisador espera que o MOSFIRE possa ser usado em conjunto com o James Webb para amostrar uma ampla gama de anãs marrons. O objetivo é um melhor entendimento das anãs marrons e planetas gigantes.
Publicado em 13/06/2021 14h45
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