Bruine dwergen - die niet-nogal-planeet-en-niet-nogal-ster-objecten - zijn intrigerende eigenaardigheden die te weinig massa hebben om waterstof te verbranden, maar zwaarder zijn dan planeten. Ze zenden maar een kleine hoeveelheid licht uit, dus ze zijn moeilijk te detecteren, waardoor wetenschappers niet zeker weten hoeveel van hen er in ons sterrenstelsel zouden kunnen zijn.
Maar astronomen hebben een bepaalde bruine dwerg in de gaten gehouden die bekend staat als WISE 0855. Op slechts 7,2 lichtjaar van de aarde is het het koudste bekende object buiten ons zonnestelsel en is het nauwelijks zichtbaar bij infraroodgolflengten. Maar met een aantal slimme spectroscopische observatietechnieken hebben astronomen nu vastgesteld dat dit object een aantal opwindende kenmerken heeft: de atmosfeer zit vol met wolken waterdamp. Het is voor het eerst dat er buiten ons zonnestelsel waterwolken worden gedetecteerd.
"Het is vijf keer zwakker dan welk ander object dan ook dat is gedetecteerd met op de grond gebaseerde spectroscopie bij deze golflengte", zegt Andrew Skemer, assistent-professor astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz en de eerste auteur van een paper over WISE 0855 gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters ( papier is hier beschikbaar op arXiv). "Nu we een spectrum hebben, kunnen we echt gaan nadenken over wat er in dit object gebeurt. Ons spectrum laat zien dat WISE 0855 wordt gedomineerd door waterdamp en wolken, met een algehele uitstraling die opvallend veel lijkt op Jupiter. ”
De volledige naam van deze bruine dwerg is WISE J085510.83-071442.5, maar we zijn onder vrienden, dus kortweg W0855. Het heeft ongeveer vijf keer de massa van Jupiter en is de koudste bruine dwerg ooit gedetecteerd, met een gemiddelde temperatuur van ongeveer 250 graden Kelvin, of min 10 graden F, min 20 C. Dat maakt het bijna net zo koud als Jupiter, dat is 130 graden Kelvin.
"WISE 0855 is onze eerste kans om een exoplaneet met een planeetmassa te bestuderen dat bijna net zo koud is als onze eigen gasreuzen," zei Skemer.
Skemer en zijn team gebruikten de Gemini-North-telescoop op Hawaï en de Gemini Near Infrared Spectrograph om WISE 0855 gedurende 13 nachten in totaal ongeveer 14 uur te observeren. Skemer maakte deel uit van een team dat dit object in 2014 bestudeerde en vond voorlopige indicaties van waterwolken op basis van zeer beperkte fotometrische gegevens. Skemer zei dat het verkrijgen van een spectrum (dat het licht van een object scheidt in de golflengten van de componenten) de enige manier was om de moleculaire samenstelling van dit object te detecteren.
Een video over de ontdekking en studie van WISE 0855 uit 2014:
WISE 0855 is te zwak voor conventionele spectroscopie bij optische of nabij-infrarode golflengten, maar het team ging een uitdaging aan en bekeek de thermische emissies van het object bij golflengten in een smal venster van ongeveer 5 micron.
"Ik denk dat iedereen in het onderzoeksteam echt geloofde dat we droomden te denken dat we een spectrum van deze bruine dwerg zouden kunnen verkrijgen omdat de thermische gloed zo zwak is", zei Skemer. WISE 0855, is zo cool en zwak dat veel astronomen dachten dat het jaren zou duren voordat een spectrum kon worden verkregen. "Ik dacht dat we zouden moeten wachten tot de James Webb-ruimtetelescoop in werking was om dit te doen," zei Skemer.
Deze spectroscopische opname bood een kijkje in de omgeving van de atmosfeer van WISE 0855. Met de gegevens in handen ontwikkelden de onderzoekers vervolgens atmosferische modellen van de evenwichtschemie voor een bruine dwerg bij 250 graden Kelvin en berekenden ze de resulterende spectra onder verschillende aannames, waaronder bewolkte en wolkvrije modellen. De modellen voorspelden een spectrum dat wordt gedomineerd door kenmerken als gevolg van waterdamp, en het troebele model paste het best bij de kenmerken in het spectrum van WISE 0855.
Hoewel de spectra van dit object opvallend veel lijken op Jupiter, lijkt WISE 0855 een minder turbulente atmosfeer te hebben.
"Het spectrum stelt ons in staat dynamische en chemische eigenschappen te onderzoeken die al lang bestudeerd zijn in de atmosfeer van Jupiter, maar deze keer in een wereld buiten ons zonnestelsel", zei Skemer.
De wetenschappers zeggen dat WISE 0855 meer op Jupiter lijkt dan elke exoplaneet die tot nu toe is ontdekt, wat vooral intrigerend is omdat de Juno-missie net is begonnen met zijn verkenning in de gigantische wereld. Jupiter, samen met de andere gasplaneten in ons zonnestelsel, hebben allemaal wolken en stormen, hoewel de wolken van Jupiter voornamelijk zijn gemaakt van ammoniak met wolken op lager niveau die misschien water bevatten. Een van de doelen van Juno is het bepalen van de wereldwijde waterovermaat bij Jupiter.
Bronnen: UC Santa Cruz, Gemini
