Webb detecteert poollicht in een extreem koude bruine dwerg
Met behulp van de JWST hebben astronomen een bruine dwerg gevonden met infrarode emissie van methaan, waarschijnlijk als gevolg van energie in de hogere atmosfeer. De verwarming in de bovenste atmosfeer die deze emissie aandrijft, is gekoppeld aan aurorae. Deze bruine dwerg, genaamd W1935, bevindt zich op een afstand van 47 lichtjaar.
Op Aarde ontstaan aurorae wanneer energetische deeltjes die vanaf de Zon de ruimte in worden geblazen, worden opgevangen door het magnetische veld van de Aarde.
Ze stromen via de magnetische veldlijnen nabij de polen naar beneden de atmosfeer in waar ze botsen met gasmoleculen en ze zorgen voor een schitterend schouwspel.
Jupiter en Saturnus hebben vergelijkbare aurorae-processen waarbij interactie met de zonnewind een rol speelt, maar ze krijgen ook aurorae-bijdragen van nabijgelegen actieve manen zoals Io (voor Jupiter) en Enceladus (voor Saturnus).
“Voor geïsoleerde bruine dwergen zoals W1935 is de afwezigheid van een stellaire wind die bijdraagt aan het poollichtproces en de extra energie in de hogere atmosfeer vereist voor de uitstoot van methaan, een mysterie”, zegt Dr. Jackie Faherty, astronoom bij het American Museum for Natural History.
Dr. Faherty en zijn collega’s gebruikten de Webb Space Telescope om een twaalftal koude bruine dwergen waar te nemen.
Daartoe behoorden W1935, een object dat werd ontdekt door burgerwetenschapper Dan Caselden die samenwerkte met het Backyard Worlds Zooniverse-project, en W2220, een object dat werd gevonden met behulp van de Wide Field Infrared Survey Explorer van de NASA
Webb onthulde tot in de kleinste details dat W1935 en W2220 qua samenstelling bijna klonen van elkaar leken te zijn.Ze deelden ook vergelijkbare helderheid, temperaturen en spectrale kenmerken van water, ammoniak, koolmonoxide en kooldioxide.
De opvallende uitzondering was dat W1935 emissie van methaan vertoonde, in tegenstelling tot het verwachte absorptiekenmerk dat werd waargenomen bij W2220. Dit werd waargenomen bij een duidelijke infrarode golflengte waarvoor Webb uniek gevoelig is.
“We verwachtten methaan te zien, omdat methaan overal in deze bruine dwergen aanwezig is,” zei Dr. Faherty.
“Maar in plaats van licht te absorberen, zagen we precies het tegenovergestelde: het methaan gloeide. Mijn eerste gedachte was: wat is er aan de hand? Waarom komt er methaanemissie uit dit object?”
De astronomen gebruikten computermodellen om af te leiden wat er achter de emissie zou kunnen zitten.
Uit het modelleringswerk bleek dat W2220 een verwachte verdeling van energieën door de atmosfeer had, waarbij het koeler werd naarmate de hoogte groter werd.
W1935 had daarentegen een verrassend resultaat. Het beste model gaf de voorkeur aan een temperatuurinversie, waarbij de atmosfeer warmer werd naar mate de hoogte groter werd.
Volgens Dr. Ben Burningham, astronoom aan de universiteit van Hertfordshire is deze temperatuurinversie verbijsterend.
“We hebben dit soort fenomeen gezien bij planeten met een nabije ster die de stratosfeer kan verwarmen, maar het zien ervan in een object zonder duidelijke externe warmtebron is vreemd.”
Voor aanwijzingen keken de onderzoekers in onze eigen achtertuin, naar de planeten van ons zonnestelsel. De gasreusplaneten kunnen dienen als proxy’s voor wat er op 47 lichtjaar afstand in de atmosfeer van W1935 gebeurt. De wetenschappers realiseerden zich dat temperatuurinversies prominent aanwezig zijn op planeten als Jupiter en Saturnus.
Er wordt nog steeds gewerkt aan het begrijpen van de oorzaken van hun stratosferische opwarming, maar leidende theorieën voor het zonnestelsel omvatten externe verwarming door aurorae en intern energietransport van dieper in de atmosfeer (waarbij eerstgenoemde een leidende verklaring is).
Volgens het team is W1935 de eerste poollichtkandidaat buiten het zonnestelsel met de signatuur van methaanemissie. Het is ook de koudste poollichtkandidaat buiten ons zonnestelsel, met een effectieve temperatuur van ongeveer 200° C.
In ons zonnestelsel levert de zonnewind een belangrijke bijdrage aan poollichtprocessen, waarbij actieve manen als Io en Enceladus een rol spelen voor respectievelijk planeten als Jupiter en Saturnus.
W1935 ontbeert volledig een begeleidende ster, dus een stellaire wind kan niet bijdragen aan dit fenomeen. Het valt nog te bezien of een actieve maan een rol zou kunnen spelen in de methaanemissie op W1935.
“Met W1935 hebben we nu een spectaculaire uitbreiding van een zonnestelsel-fenomeen zonder enige stellaire bestraling die kan helpen bij de verklaring”, zei Dr. Faherty.
“Met Webb kunnen we de chemie echt “openzetten” en ontdekken hoe vergelijkbaar of verschillend het poollichtproces buiten ons zonnestelsel kan zijn.”
De auteurs presenteerden hun bevindingen deze week op AAS243, de 243ste bijeenkomst van de American Society in New Orleans, de Verenigde Staten.
Artikel: Jacqueline Faherty et al. 2024. JWST Indicates Auroral Signature in an Extremely Cold Brown Dwarf. AAS243, abstract #4359
Eerste publicatie: 10 januari 2024
Bron: sci-news
