Observações espectroscópicas revelam propriedades da anã marrom mais fria conhecida fora do Sistema Solar

Impressão artística da anã marrom WISE 0855, no espectro infravermelho. Créditos: Joy Pollard, Observatório Gemini/AURA

Desde a sua detecção em 2014, a anã marrom (anã castanha – em Portugal) WISE 0855 tem atraído a atenção dos astrônomos. Situada a apenas 7,2 anos-luz da Terra, trata-se o objeto mais frio da sua categoria e é bem pouco visível em comprimentos de onda do infravermelho até mesmo com o uso dos maiores telescópios terrestres.

Agora, um time liderado por astrônomos da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, conseguiu obter o espectro no infravermelho da anã marrom WISE 0855 usando o telescópio Gemini North no Havaí, fornecendo os primeiros detalhes da composição e química do objeto. Entre as descobertas está a forte evidência que sugere a existência de nuvens de água ou água gelada, as primeiras nuvens deste gênero até então detectadas fora do nosso Sistema Solar.

Andrew Skemer, professor assistente de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz disse:

Seria de esperar que um objeto assim tão frio abrigasse nuvens de água e esta é a melhor evidência de que realmente as possui.

Andrew Skemer é o autor principal do artigo sobre as descobertas publicado em Astrophysical Journal Letters.

Uma estrela fracassada

As anãs marrons são essencialmente ‘estrelas que falharam’, tendo se formado do mesmo modo que as estrelas ordinárias, através de colapso gravitacional a partir de uma nuvem de gás e poeira, porém não têm massa suficiente para desencadear a nucleossíntese que desencadeia o brilho das estrelas. Com cerca de cinco vezes a massa de Júpiter, WISE 0855 assemelha-se, em muitos aspetos, com esse planeta gigante do Sistema Solar. A sua temperatura é de aproximadamente 250 K (-23,15º C), o que a torna quase tão fria quanto Júpiter, cuja temperatura é da ordem de 130 K (-143,13º C).

Andrew Skemer declarou:

WISE 0855 é a nossa primeira oportunidade de estudar um objeto extra-solar de massa planetária que é quase tão frio quanto os nossos próprios gigantes gasosos.

As observações anteriores da anã marrom WISE 0855, publicadas em 2014 (ver o vídeo abaixo), forneceram indicações preliminares de nuvens de vapor d’água com base em dados fotométricos muito limitados.

Andrew Skemer, coautor do artigo anterior, disse que a obtenção de um espectro (que separa a luz de um objeto nos seus comprimentos de onda componentes) é a única maneira de detectar a composição molecular de um objeto.

WISE 0855 é demasiadamente tênue para a espectroscopia convencional em comprimentos de onda óticos ou no infravermelho próximo, mas a emissão térmica da atmosfera profunda em comprimentos de onda numa janela estreita que ronda os 5 micrômetros forneceu uma oportunidade onde a espectroscopia seria “difícil, mas não impossível”, Andrew Skemer acrescentou.

A time usou o telescópio Gemini North no Havaí e o instrumento GNIRS (Gemini Near Infrared Spectrograph) para observar WISE 0855 ao longo de 13 noites somando um total de aproximadamente 14 horas.

Andrew Skemer explicou:

WISE 0855 é cinco vezes mais tênue do que qualquer outro objeto detectado com espectroscopia terrestre nesse comprimento de onda. Agora que temos um espectro, podemos realmente começar a pensar sobre o que está acontecendo por lá. O nosso espectro mostra que WISE 0855 é dominada por vapor d’água e nuvens, com uma aparência geral muito semelhante à de Júpiter.

Atmosfera nublada

Os pesquisadores desenvolveram modelos atmosféricos da química de equilíbrio para uma anã marrom com 250 K de temperatura e calcularam o espectro resultante sob diferentes suposições, incluindo modelos com e sem nuvens. Os modelos previram um espectro dominado por características resultantes do vapor d’água e o modelo nublado rendeu o melhor ajuste para as características no espectro de WISE 0855.

Comparando essa anã marrom como planeta Júpiter, o time descobriu que os seus espectros são muito semelhantes no que tange às características de absorção de água. Uma diferença significativa é a abundância de fosfina na atmosfera de Júpiter. A fosfina se forma no interior quente de Júpiter e reage para formar outros compostos na atmosfera exterior mais fria. Assim, o seu surgimento no espectro é evidência de misturas turbulentas na atmosfera de Júpiter. A ausência de um sinal forte de fosfina, no espectro de WISE 0855, implica que a anã marrom tem uma atmosfera menos turbulenta.

Andrew Skemer concluiu:

O espectro nos permite investigar as propriedades dinâmicas e químicas que há muito que são estudadas na atmosfera de Júpiter, mas desta vez em um mundo extra-solar.

Objetos estelares próximos do Sol – créditos: NASA/Penn State University.

Fontes

UC Santa Cruz: Astronomers find evidence of water clouds in first spectrum of coldest brown dwarf. Difficult spectroscopic observations reveal properties of the coldest known object outside of our solar system

Phys.org: Astronomers find evidence of water clouds in first spectrum of coldest brown dwarf

Artigo Científicos

The First Spectrum of the Coldest Brown Dwarf

INDICATIONS OF WATER CLOUDS IN THE COLDEST KNOWN BROWN DWARF

._._.

1605.04902v1-The-First-Spectrum-of-the-Coldest-Brown-Dwarf-1

apjl_793_1_16-INDICATIONS-OF-WATER-CLOUDS-IN-THE-COLDEST-KNOWN-BROWN-DWARF