JWST encuentra signos de posibles auroras en una enana marrón aislada
Por: Christine Pulliam, Space Telescope Science Institute.
10 de enero de 2024
Concepto artístico representa la enana marrón W1935. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI).
Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA han encontrado una enana marrón (un objeto más masivo que Júpiter pero más pequeño que una estrella) con emisión infrarroja de metano, probablemente debido a la energía en su atmósfera superior. Este es un descubrimiento inesperado porque la enana marrón, W1935, es fría y carece de una estrella anfitriona; por lo tanto, no existe una fuente obvia de energía para la atmósfera superior. El equipo especula que la emisión de metano puede deberse a procesos que generan auroras.
Para ayudar a explicar el misterio de la emisión infrarroja del metano, el equipo recurrió a nuestro Sistema Solar. La emisión de metano es una característica común en gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. El calentamiento de la atmósfera superior que impulsa esta emisión está relacionado con las auroras. En la Tierra, las auroras se crean cuando las partículas energéticas lanzadas al espacio desde el sol son capturadas por el campo magnético de la Tierra. Caen en cascada hacia nuestra atmósfera a lo largo de líneas de campo magnético cerca de los polos de la Tierra, chocando con moléculas de gas y creando espeluznantes cortinas de luz danzantes.
Júpiter y Saturno tienen procesos aurorales similares que implican interactuar con el viento solar, pero también reciben contribuciones aurorales de lunas activas cercanas como Io (para Júpiter) y Encelado (para Saturno). Para enanas marrones aisladas como W1935, la ausencia de un viento estelar que contribuya al proceso auroral y explique la energía adicional en la atmósfera superior necesaria para la emisión de metano es un misterio. El equipo supone que procesos internos no contabilizados, como los fenómenos atmosféricos de Júpiter y Saturno, o interacciones externas con plasma interestelar o una luna activa cercana pueden ayudar a explicar la emisión.
En el marco de la observación con el JWST, se investigaron 12 enanas marrones frías, entre estos objetos se encontraban W1935 y W2220. Webb reveló con exquisito detalle que W1935 y W2220 parecían ser casi clones entre sí en composición. También compartían brillo, temperaturas y características espectrales similares del agua, el amoníaco, el monóxido de carbono y el dióxido de carbono. La sorprendente excepción fue que W1935 mostró emisiones de metano, a diferencia de la característica de absorción anticipada que se observó hacia W2220. Esto se observó en una longitud de onda infrarroja distinta a la que Webb es excepcionalmente sensible.
El equipo utilizó modelos informáticos para inferir qué podría haber detrás de la emisión. El trabajo de modelado mostró que W2220 tenía una distribución esperada de energía en toda la atmósfera, enfriándose a medida que aumentaba la altitud. W1935, por el contrario, tuvo un resultado sorprendente. El mejor modelo favorecía una inversión de temperatura, donde la atmósfera se calentaba al aumentar la altitud.
Ante la desconcertante detección de inversión de temperaturas, el equipo se dio cuenta de que las inversiones de temperatura son prominentes en planetas como Júpiter y Saturno. Todavía se está trabajando para comprender las causas de su calentamiento estratosférico, pero las principales teorías para el sistema solar implican el calentamiento externo por las auroras y el transporte interno de energía desde las profundidades de la atmósfera (siendo la primera una explicación principal).
Esta no es la primera vez que se utiliza una aurora para explicar la observación de una enana marrón. Los astrónomos han detectado emisiones de radio procedentes de varias enanas marrones más cálidas y han invocado las auroras como la explicación más probable. Se realizaron búsquedas con telescopios terrestres como el Observatorio Keck en busca de firmas infrarrojas de estas enanas marrones emisoras de radio para caracterizar mejor el fenómeno, pero no fueron concluyentes.
W1935 es la primera aurora candidata fuera del Sistema Solar con la firma de emisión de metano. También es la candidata a aurora más fría fuera de nuestro Sistema Solar, con una temperatura efectiva de unos 200 grados Celsius. En nuestro Sistema Solar, el viento solar contribuye principalmente a los procesos aurorales, con lunas activas como Io y Encelado desempeñando un papel en planetas como Júpiter y Saturno, respectivamente. W1935 carece por completo de una estrella compañera, por lo que un viento estelar no puede contribuir al fenómeno. Aún está por verse si una luna activa podría desempeñar un papel en la emisión de metano en W1935.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-01-webb-aurorae-isolated-brown-dwarf.html