La emisión infrarroja del metano indica calentamiento atmosférico por procesos aurorales.
Los astrónomos que utilizaron el telescopio espacial James Webb de la NASA descubrieron una enana marrón (más masiva que Júpiter pero más pequeña que la estrella) con emisión infrarroja de metano, posiblemente debido a la energía en su atmósfera superior. Este es un descubrimiento inesperado porque la enana marrón, W1935, es fría y no tiene una estrella anfitriona; Por tanto, no existe una fuente clara de energía en la atmósfera superior. El equipo especula que las emisiones de metano pueden deberse a los procesos que producen la aurora.
Estos hallazgos se presentan en 243RD Reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans.
Para ayudar a explicar el misterio de la emisión infrarroja del metano, el equipo recurrió a nuestro propio sistema solar. El metano es una característica común de las emisiones de gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. El calentamiento de la atmósfera superior que impulsa estas emisiones está asociado con la aurora.
Imagen: Concepto del artista Brown Dwarf W1935
En la Tierra, las auroras se crean cuando las partículas energéticas lanzadas al espacio por el Sol son capturadas por el campo magnético de la Tierra. Caen a nuestra atmósfera a lo largo de líneas de campo magnético cerca de los polos de la Tierra, chocan con moléculas de gas y crean espeluznantes cortinas de luz danzantes. Júpiter y Saturno tienen procesos aurorales similares que implican la interacción 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 viento estelar es un misterio para explicar la energía extra en la atmósfera superior necesaria para contribuir al proceso auroral y a la emisión de metano. El equipo plantea la hipótesis de que procesos internos no contabilizados, como fenómenos atmosféricos en Júpiter y Saturno, o interacciones externas con plasma interestelar o una luna activa cercana podrían ser responsables de la emisión.
Una historia de detectives
El descubrimiento de las Auroras se desarrolló como una historia de detectives. Un equipo dirigido por Jackie Faherty, astrónomo del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York, dispuso de tiempo con el Telescopio Webb para investigar 12 enanas marrones frías. Entre ellos se encuentran W1935, un objeto descubierto por Dan Casselden, un científico ciudadano que trabajó con el proyecto Backyard Worlds Zooniverse, y W2220, un objeto descubierto utilizando el Explorador de encuestas infrarrojas de campo amplio de la NASA. Webb reveló con exquisito detalle que W1935 y W2220 en combinación parecían casi clones el uno del otro. Comparten brillo, temperatura y características espectrales similares al agua, el amoníaco, el monóxido de carbono y el dióxido de carbono. Una excepción notable es que W1935 mostró emisiones de metano en contraposición a la característica de absorción esperada observada hacia W2220. Se encontró en una longitud de onda infrarroja única a la que la red suele ser sensible.
«Debido a que el metano está presente en estas enanas marrones, esperábamos ver metano. Pero en lugar de absorber luz, vimos todo lo contrario: el metano brillaba. Mi primer pensamiento fue, ¿qué? ¿Por qué sale emisión de metano de este objeto?» Dijo Faherty.
El equipo utilizó modelos informáticos para predecir qué podría haber detrás de las emisiones. El trabajo de modelado ha demostrado que W2220 tiene la distribución esperada de energía en toda la atmósfera, enfriándose a medida que aumenta la altitud. W1935, por el contrario, tuvo un resultado sorprendente. El mejor modelo favorecía una inversión de temperatura, donde la atmósfera se calienta al aumentar la altitud. «Esta inversión de temperatura es realmente desconcertante», dijo el coautor Ben Burningham de la Universidad de Hertfordshire en Inglaterra y modelador principal del trabajo. «Hemos visto este tipo de fenómeno en planetas con una estrella cercana que puede calentar la atmósfera, pero es increíble verlo en un objeto sin una fuente de calor externa obvia».
Imagen: Espectros W1935 frente a W2220
Pistas de nuestro sistema solar
En busca de pistas, el equipo miró a nuestro propio patio trasero, los planetas de nuestro sistema solar. Los planetas gigantes gaseosos sirven como indicadores de lo que está sucediendo en la atmósfera de W1935, a más de 40 años luz de distancia.
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 atmosférico, pero las principales teorías del Sistema Solar incluyen el calentamiento externo por la aurora y el transporte interno de energía desde las profundidades de la atmósfera (siendo el primero una explicación importante).
Candidatos a auroras enanas marrones en contexto
Esta no es la primera vez que se utiliza una aurora para explicar el avistamiento de una enana marrón. Los astrónomos han detectado emisiones de radio de varias enanas marrones cálidas y han invocado las auroras como explicación adicional. Se realizaron búsquedas con telescopios terrestres como el Observatorio Keck en busca de firmas infrarrojas de estas enanas marrones emisoras de radio, pero no fueron concluyentes.
W1935 es la primera candidata a aurora extrasolar con una firma de emisión de metano. Es la candidata a aurora más fría fuera de nuestro sistema solar, a unos 400 grados Fahrenheit (200 grados Celsius), 600 grados Fahrenheit más caliente que Júpiter.
El viento solar es el principal contribuyente a los procesos aurorales en nuestro Sistema Solar, con lunas activas como Io y Encelado desempeñando un papel en planetas como Júpiter y Saturno, respectivamente. W1935 no tiene absolutamente ninguna estrella compañera, por lo que un viento estelar no contribuye al fenómeno. Queda por ver si una Luna activa podría desempeñar un papel en las emisiones de metano en W1935.
«Con W1935, tenemos una extensión espectacular del fenómeno del Sistema Solar sin ninguna radiación estelar que ayude a la explicación». Faherty señaló. «Con la web, realmente podemos ‘abrir el capó’ de la química y descubrir cuán similar o diferente podría ser el proceso auroral más allá de nuestro sistema solar», dijo.
El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. La web está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.
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de la NASA Centro de vuelos espaciales Goddard, Greenbelt, Maryland.
Cristina Pulliam – cpulliam@stsci.edu
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland.
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