Júpiter pode ser o planeta valentão 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 tornarem quentes 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 em Maunakea, 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 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 MOSFIRE de alta resolução de Keck, porque nos permite observar várias estrelas simultaneamente com nossa anã marrom”, disse Manjavacas, ex-astrônomo do Observatório Keck e principal autor do estude. “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 atmosferas de anãs marrons . ”
Ela decidiu estudar esta anã marrom em particular porque ela é muito jovem e, portanto, extremamente brilhante. 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 girando em torno do planeta, 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 apareceram 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, o planeta pode se parecer com uma abóbora de Halloween esculpida, com a luz escapando do interior quente.
Seu espectro revela nuvens de grãos de areia quentes 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.
Ela 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 estudo será publicado no The Astronomical Journal e está disponível em formato pré-impresso em arXiv.org.
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.
Ela espera que o MOSFIRE possa ser usado em conjunto com o James Webb para obter amostras de uma ampla gama de anãs marrons e obter um melhor entendimento sobre anãs marrons e planetas gigantes.
“Os exoplanetas são muito mais diversos do que o que vemos localmente no sistema solar”, disse o cientista-chefe do Observatório Keck, John O’Meara. “É um trabalho como este, e um trabalho futuro com Keck e James Webb, que nos dará uma imagem mais completa da diversidade de planetas orbitando outras estrelas.”
Sobre o Mosfire
O Espectrógrafo Multi-Objeto para Exploração de Infravermelho (MOSFIRE) reúne milhares de espectros de objetos abrangendo uma variedade de distâncias, ambientes e condições físicas. O que torna este grande instrumento criogênico a vácuo único é sua capacidade de selecionar até 46 objetos individuais no campo de visão e, em seguida, registrar o espectro infravermelho de todos os 46 objetos simultaneamente. Quando um novo campo é selecionado, um mecanismo robótico dentro da câmara de vácuo reconfigura a distribuição de pequenas fendas no plano focal em menos de seis minutos. Oito anos em construção com o First Light em 2012, os primeiros resultados de desempenho do MOSFIRE vão desde a descoberta de objetos de massa subestelar próximos e ultrafrios até a detecção de oxigênio em galáxias jovens apenas dois bilhões de anos após o Big Bang. O MOSFIRE foi possível graças ao financiamento fornecido pela National Science Foundation.
Sobre o Observatório Keck
Os telescópios do Observatório W. M. Keck estão entre os mais produtivos cientificamente na Terra. Os dois telescópios ópticos / infravermelhos de 10 metros no topo de Maunakea, na Ilha do Havaí, apresentam um conjunto de instrumentos avançados, incluindo imageadores, espectrógrafos multi-objeto, espectrógrafos de alta resolução, espectrômetros de campo integral e sistemas ópticos adaptativos de estrela guia a laser líderes mundiais . Alguns dos dados aqui apresentados foram obtidos no Observatório Keck, que é uma organização privada 501 (c) 3 sem fins lucrativos operada como uma parceria científica entre o Instituto de Tecnologia da Califórnia, a Universidade da Califórnia e a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço. O Observatório foi possível graças ao generoso apoio financeiro da Fundação W. M. Keck. Os autores desejam reconhecer e reconhecer o papel cultural muito significativo e a reverência que o cume de Maunakea sempre teve dentro da comunidade nativa havaiana. Temos muita sorte de ter a oportunidade de realizar observações desta montanha.
Publicado em 02/08/2021 21h48
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