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 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 parece uma abóbora de Halloween esculpida. Porque a anã marrom tem nuvens dispersas, a luz que brilha das profundezas da atmosfera do anão flutua, que os pesquisadores mediram. Eles descobriram que a atmosfera do anão tem uma estrutura de bolo em camadas com nuvens com composições diferentes em altitudes diferentes.

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 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.

Pesquisadores, Contudo, tem um substituto:a atmosfera 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 as estrelas fazem, mas falta a massa para se aquecer o suficiente para sustentar a fusão nuclear em seus núcleos, que alimenta estrelas.

Em vez de, 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 complexos, ambientes variados. A única diferença, astrônomos pensam, é seu pedigree. Super-Júpiteres se formam em torno de estrelas; anãs marrons freqüentemente se formam isoladas.

Uma equipe de astrônomos, liderado por Elena Manjavacas do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, testou uma nova maneira de perscrutar as camadas de nuvem desses objetos nômades. Os pesquisadores usaram um instrumento no Observatório W. M. Keck, no Havaí, para estudar na luz infravermelha próxima as cores e as variações de brilho da estrutura da nuvem em camadas nas proximidades, anã marrom flutuante conhecida como 2MASS J22081363 + 2921215.

O instrumento do Observatório Keck, chamado de Espectrógrafo Multi-Objeto para Exploração de 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. Criado por observações do Hubble, esta técnica é difícil para 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, porque nos permite observar várias estrelas simultaneamente com nossa anã marrom, "Manjavacas explicou." Isso nos permite corrigir a contaminação introduzida pela atmosfera da Terra e medir o verdadeiro sinal da anã marrom com boa precisão. Então, essas observações são uma prova de conceito de que o MOSFIRE pode fazer esses tipos de estudos de atmosferas de anãs marrons. "

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 Beta Pictoris b, descoberto em 2008 imagens de infravermelho próximo obtidas 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 de Beta Pictoris b, "Manjavacas disse." 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 Beta Pictoris b são jovens, então eles 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 legais do que estrelas genuínas, anãs marrons ainda estão extremamente quentes. A anã marrom no estudo de Manjavacas é uma escaldante 2, 780 graus Fahrenheit (1, 527 graus Celsius).

O objeto gigante é cerca de 12 vezes mais pesado que Júpiter. Como um corpo jovem, 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, nuvens estão chicoteando-o, criando uma dinâmica, atmosfera 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 do anão 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 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 das atmosferas 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, fornecerá ainda mais informações sobre a atmosfera de uma anã marrom. "O JWST 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 JWST para amostrar uma ampla gama de anãs marrons. O objetivo é um melhor entendimento das anãs marrons e planetas gigantes.