Brązowe karły - te niezbyt planety i niezupełnie gwiazdy - to intrygujące osobliwości, które mają zbyt małą masę, by spalić wodór, ale są bardziej masywne niż planety. Emitują jedynie niewielką ilość światła, więc są trudne do wykrycia, przez co naukowcy nie są pewni, ile z nich może być w naszej galaktyce.
Ale astronomowie obserwują jednego konkretnego brązowego karła znanego jako WISE 0855. Zaledwie 7,2 lat świetlnych od Ziemi, jest to najzimniejszy znany obiekt poza Układem Słonecznym i jest ledwo widoczny przy długości fal podczerwonych. Ale dzięki niektórym podstępnym technikom obserwacji spektroskopowych astronomowie ustalili, że obiekt ten ma pewne ekscytujące cechy: jego atmosfera jest pełna chmur pary wodnej. Po raz pierwszy chmury wodne zostały wykryte poza naszym Układem Słonecznym.
„Jest pięć razy słabszy niż jakikolwiek inny obiekt wykrywany za pomocą spektroskopii naziemnej przy tej długości fali” - powiedział Andrew Skemer, profesor astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz i pierwszy autor w artykule na temat WISE 0855 opublikowanym w Astrophysical Journal Letters ( papier jest dostępny na arXiv tutaj). „Teraz, gdy mamy spektrum, naprawdę możemy zacząć myśleć o tym, co dzieje się w tym obiekcie. Nasze spektrum pokazuje, że WISE 0855 jest zdominowany przez parę wodną i chmury, a ogólny wygląd jest uderzająco podobny do Jowisza. ”
Pełna nazwa tego brązowego karła to WISE J085510.83-071442.5, ale jesteśmy wśród przyjaciół, więc w skrócie W0855. Ma około pięciokrotną masę Jowisza i jest najzimniejszym brązowym karłem, jaki kiedykolwiek wykryto, ze średnią temperaturą około 250 stopni Kelvina lub minus 10 stopni F, minus 20 C. To sprawia, że jest tak zimno jak Jowisz, który wynosi 130 stopnie Kelvina.
„WISE 0855 to nasza pierwsza okazja do zbadania pozasłonecznego obiektu o masie planetarnej, który jest prawie tak zimny jak nasze własne gazowe olbrzymy” - powiedział Skemer.
Skemer i jego zespół użyli teleskopu Gemini-North na Hawajach i spektrografu bliskiej podczerwieni Gemini, aby obserwować WISE 0855 przez 13 nocy w sumie około 14 godzin. Skemer był częścią zespołu, który badał ten obiekt w 2014 r., Znalazł wstępne wskazania chmur wody na podstawie bardzo ograniczonych danych fotometrycznych. Skemer powiedział, że uzyskanie widma (które dzieli światło od obiektu na długości fal składowych) było jedynym sposobem na wykrycie składu molekularnego tego obiektu.
Film o odkryciu i badaniu WISE 0855 2014:
WISE 0855 jest zbyt słaby dla konwencjonalnej spektroskopii przy długościach fal optycznych lub bliskiej podczerwieni, ale zespół podjął wyzwanie i spojrzał na emisje cieplne z obiektu przy długości fali w wąskim oknie o długości około 5 mikronów.
„Myślę, że wszyscy w zespole badawczym naprawdę wierzyli, że marzymy, aby uzyskać spektrum tego brązowego karła, ponieważ jego blask termiczny jest tak słaby”, powiedział Skemer. WISE 0855 jest tak fajny i słaby, że wielu astronomów myślało, że upłynie wiele lat, zanim można uzyskać widmo. „Pomyślałem, że będziemy musieli poczekać, aż zadziała kosmiczny teleskop Jamesa Webba” - powiedział Skemer.
Ten widok spektroskopowy dał wgląd w środowisko atmosfery WISE 0855. Na podstawie posiadanych danych naukowcy opracowali następnie atmosferyczne modele chemii równowagi dla brązowego karła w temperaturze 250 stopni Kelvina i obliczyli uzyskane widma przy różnych założeniach, w tym modelach zachmurzonych i bezchmurnych. Modele przewidywały widmo zdominowane przez cechy wynikające z pary wodnej, a model pochmurny najlepiej pasował do cech widma WISE 0855.
Podczas gdy widma tego obiektu są uderzająco podobne do Jowisza, WISE 0855 wydaje się mieć mniej burzliwą atmosferę.
„Widmo pozwala nam badać właściwości dynamiczne i chemiczne, które od dawna badano w atmosferze Jowisza, ale tym razem w świecie pozasłonecznym” - powiedział Skemer.
Naukowcy twierdzą, że WISE 0855 wygląda bardziej podobnie do Jowisza niż jakakolwiek odkryta dotąd egzoplaneta, co jest szczególnie intrygujące, odkąd misja Juno rozpoczęła właśnie eksplorację w gigantycznym świecie. Jowisz, podobnie jak inne planety gazowe w naszym Układzie Słonecznym, mają chmury i burze, chociaż chmury Jowisza są zbudowane głównie z amoniaku z chmurami niższego poziomu, być może zawierającymi wodę. Jednym z celów Juno jest określenie globalnej obfitości wody w Jowiszu.
Źródła: UC Santa Cruz, Gemini
