2016.07.12. - Vízfelhők nyomára leltek a leghidegebb barna törpén

Egy kutatócsoport az északi Gemini teleszkóppal rögzítette a ma ismert leghidegebb, 2014-ben felfedezett barna törpe színképét, amelyben több egyéb érdekesség mellett vízfelhők vagy vízjég nyomaira is bukkantak.

A University of California Santa Cruz kutatói által vezetett csoport a Hawaii-n működő északi Gemini teleszkóppal és annak spektrográfjával sikeresen rögzítette a Földtől mindössze 7,2 fényévre található, WISE 0855 katalógusjelű barna törpe infravörös színképét, ennek alapján pedig először írta le részletesen az objektum kémiai összetételét. Az eredmények között talán az a legérdekesebb, hogy a spektrumban bizonyítékot találtak vízfelhők vagy vízjég létezésére a barna törpén, ezzel elsőként detektálták ezeket a képződményeket egy Naprendszeren kívüli égitesten. A csoport vezetője, Andrew Skemer (UC Santa Cruz) szerint ilyen hideg objektum esetében számítani lehetett a vízfelhők jelenlétére, a színképi jellemzők pedig igazolták is ezt a várakozást.

A barna törpéket szokás elvetélt csillagoknak is nevezni, aminek az oka az, hogy ugyanúgy por- és gázfelhők gravitációs kollapszusának eredményeként jöttek létre, mint a "közönséges" csillagok, de nem tudtak összegyűjteni akkora tömegű anyagot, hogy a belsejükben beindulhasson a termonukleáris fúzió. A WISE 0855 tömege a Jupiterének körülbelül ötszöröse, így sok tekintetben hasonlít a Naprendszer óriására. A hőmérséklete nagyjából 250 K, tehát mintegy -20 °C, azaz közel olyan hideg, mint a Jupiter, amelynek hőmérséklete 130 K. Skemer szerint a WISE 0855 az első ilyen bolygótömegű extraszoláris objektum.

A 2014-ben felfedezett barna törpe korai észlelései során már a fotometriai adatok is utaltak arra, hogy a légkörében vízfelhők lehetnek, ez azonban csak nagyon korlátozott érvényű jelzés volt. Skemer - aki a felfedező csoportnak is tagja volt - már akkor azt hangoztatta, hogy az objektum kémiai összetételét csak színképek alapján lehet meghatározni. Sajnos a WISE 0855 nagyon halvány, ezért az optikai és a közeli infravörös tartományban nem rögzíthető róla színkép, az atmoszféra mélyebb rétegeinek az 5 mikron körüli keskeny ablakban jelentkező termális emissziója azonban olyan intenzitású, hogy ebben a tartományban a spektrum detektálása "nagy kihívás, de nem tűnik lehetetlennek".

A csoport az északi Gemini teleszkópot és annak GNIS (Gemini Near Infrared Spectrograph) spektrográfját használta a WISE 0855 észlelésére, és 13 éjszakán összesen 14 órányi megfigyelési anyagot gyűjtött. Skemer szerint a barna törpe ötször halványabb minden más objektumnál, amelyet ebben a szűk hullámhossz-tartományban földi spektroszkópiával valaha is észlelni tudtak. A GNIS-sel nyert színkép azt mutatja, hogy a barna törpe légkörét vízpára és felhők uralják, de egyébként is meglepően hasonlít a Jupiterre.

A WISE 0855 fantáziarajza: ilyennek láthatnánk közelről az infravörös tartományban.
[Joy Pollard, Gemini Observatory/AURA]

A kutatók kémiai egyensúlyt feltételezve kifejlesztettek egy 250 kelvines légkörmodellt is a barna törpére, és ennek alapján különböző feltételezések mellett kiszámolták a várható felhős és felhőmentes spektrumokat is. A modellek vízpára által dominált színképet eredményeztek, a WISE 0855 észlelt spektrumára pedig a felhős modell illeszkedett a legjobban.

A barna törpét a Jupiterrel összevetve a kutatócsoport úgy találta, hogy a spektrumaik, különösen a víz abszorpciós vonalait tekintve, feltűnően hasonlítanak. Az egyetlen lényeges különbség a Jupiter légkörében jelenlévő foszfin (PH₃), amely a bolygó forró belsejében keletkezik, és az atmoszféra hidegebb külső rétegeiben kölcsönhatások során egyéb vegyületek alapanyaga lesz, így megjelenése a Jupiter spektrumában arra utal, hogy az óriásbolygó légkörében a turbulens keveredés a jellemző. Ennek megfelelően az, hogy a WISE 0855 színképében viszont nem figyelhető meg, a barna törpe atmoszférájának kevésbé turbulens voltát jelzi.

Skemer szerint a rögzített színkép olyan dinamikai és kémiai tulajdonságok vizsgálatát teszi lehetővé, amelyeket a Jupiternél már hosszú ideje tanulmányoznak, egy Naprendszeren túli világ esetében azonban ez az első alkalom.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.07.06.