Encontrada evidências de nuvens de água em anã marrom

Desde a sua detecção em 2014, a anã marrom conhecida como WISE 0855 tem fascinado os astrônomos.

© O. Gemini/AURA/Joy Pollard (ilustração de WISE 0855, no infravermelho)

A apenas 7,2 anos-luz da Terra, é o objeto mais frio da sua categoria e é pouco visível em comprimentos de onda infravermelhos até com os maiores telescópios terrestres.

Agora, uma equipe liderada por astrônomos da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, conseguiu obter um espectro infravermelho de 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 detectadas fora do nosso Sistema Solar.

"Seria de esperar que um objeto assim tão frio tivesse nuvens de água e esta é a melhor evidência que realmente as tem," afirma Andrew Skemer, professor assistente de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia.

As anãs marrons são essencialmente estrelas falhadas, tendo-se formado do mesmo modo que as estrelas através de colapso gravitacional a partir de uma nuvem de gás e poeira, mas que não têm massa suficiente para desencadear as reações nucleares que fazem as estrelas brilhar. Com cerca de cinco vezes a massa de Júpiter, WISE 0855 assemelha-se, em muitos aspectos, com esse planeta gigante. A sua temperatura é de aproximadamente 250 K (-23,15 ºC), o que a torna quase tão fria quanto Júpiter, cuja temperatura é de 130 K (-143,13 ºC).

"WISE 0855 é a nossa primeira oportunidade de estudar um objeto extrassolar de massa planetária que é quase tão frio quanto os nossos próprios gigantes gasosos," comenta Skemer.

As observações anteriores da anã marrom, publicadas em 2014, forneceram indicações preliminares de nuvens de água com base em dados fotométricos muito limitados. Skemer 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 demasiado fraca para a espectroscopia convencional em comprimentos de onda ópticos 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", acrescenta.

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

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

Os pesquisadores desenvolveram modelos atmosféricos da química de equilíbrio para uma anã marrom com 250 K 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 de água, e o modelo nublado rendeu o melhor ajuste para as características no espectro de WISE 0855.

Comparando a anã marrom com Júpiter, a equipe descobriu que os seus espectros são muito semelhantes no que toca às características de absorção de água. Uma diferença significativa é a abundância de fosfina na atmosfera de Júpiter. A fosfina forma-se no interior quente do planeta e reage para formar outros compostos na atmosfera exterior mais fria, pelo que o seu aparecimento 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 tem uma atmosfera menos turbulenta.

"O espectro permite-nos investigar as propriedades dinâmicas e químicas que há muito que são estudadas na atmosfera de Júpiter, mas desta vez num mundo extrassolar," conclui Skemer.

Um artigo sobre as descobertas será publicado na revista Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of California