Vientos Récord en una Enana Marrón Cercana.

Impresión artística de una enana marrón con bandas de nubes. 
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Las observaciones infrarrojas y de radio revelan vientos zonales que se mueven a más de 2,000 kilómetros por hora en una «estrella fallida» en nuestro vecindario celestial.

Los vientos de alta velocidad de huracanes y tornados con frecuencia causan estragos en la Tierra. Pero ahora los científicos han usado observaciones infrarrojas y de radio para deducir que flujos mucho, mucho más rápidos —más de 600 metros por segundo, muy lejos de la escala Saffir-Simpson— rodean a una enana marrón a unos 35 años luz de distancia. Estos resultados ofrecen una visión rara de las propiedades atmosféricas de un mundo distante y allanan el camino para medir la velocidad del viento de los exoplanetas, sugiere el equipo.

Vientos aquí y en otros lugares

Patrones de vientos globales, incluidos los vientos alisios convergentes y la ITCZ. ​Crédito: Kaidor 2013.  

Los flujos de viento latitudinales zonales se encuentran en todo el Sistema Solar; Los ejemplos incluyen los vientos alisios de nuestro propio planeta y las icónicas bandas de nubes de múltiples colores de Júpiter . Sin embargo, controlar las velocidades de estos vientos en mundos distintos a la Tierra requiere un poco de investigación.

Esta foto anotada de Júpiter tomada el 25 de febrero de 2017 le ayudará a familiarizarse con las características básicas de las nubes jovianas. El planeta muestra cinturones oscuros y zonas claras de nubes de hielo de amoníaco que se extienden alrededor del planeta con una velocidad de hasta 150 metros / segundo (325 mph). Abundan otras características impulsadas por el viento, como la Gran Mancha Roja, múltiples pequeñas celdas ovales de tormenta y festones rizados. El norte está arriba y el este a la izquierda. Los planetas giran de este a oeste, o de izquierda a derecha, en esta imagen. 
Haga clic aquí para obtener un mapa detallado y genérico del planeta.
Crédito: Damian Peach  / Bob King / Sky & Telescope.

Son necesarios dos conjuntos de mediciones, dijo Katelyn Allers , astrónoma de la Universidad de Bucknell en Lewisburg, Pa. Un conjunto debe rastrear el período de rotación del mundo y el otro debe rastrear el período de rotación de su atmósfera. Al comparar estos períodos y conocer el tamaño del planeta o la enana marrón, se puede calcular una diferencia de velocidad, la velocidad del viento en ese mundo, dijo Allers.

Imagen: Los vientos de Júpiter se alternan de este a oeste según la latitud, con los vientos más fuertes en exceso de 150 m / s. La línea vertical negra es igual a la velocidad del viento cero. Obsérvese cómo cambia la dirección y velocidad del viento de un cinturón oscuro a una zona clara. Cuando observe a Júpiter, trate de imaginar este patrón en su mente.
Crédito: NASA

La primera película en color de Júpiter de la nave espacial Cassini de la NASA muestra cómo se vería,» despegar» todo el globo de Júpiter, estirarlo en una pared en forma de mapa rectangular y ver su atmósfera evolucionar con el tiempo. El breve clip de película abarca 24 rotaciones de Júpiter entre el 31 de Octubre y el 9 de Noviembre de 2000. Varios patrones de movimiento son evidentes en todo Júpiter en el nivel superior de la nube visto aquí. La Gran Mancha Roja muestra su rotación en sentido contrario a las agujas del reloj, y la distribución desigual de su alta turbidez es obvia. Más información.
Crédito: Cassini / CICLOPS /Universidad de Arizona.

Una «estrella fallida» en el León.

Allers y sus colegas hicieron exactamente eso para 2MASS J1047 + 21 , una enana marrón a unos 35 años luz de distancia en la constelación de Leo el León. Las enanas marrones son » estrellas fallidas «: objetos con masas entre los de planetas gigantes gaseosos como Júpiter y estrellas en toda regla como el Sol. (La masa de 2MASS J1047 + 21 no se conoce con precisión, pero los investigadores creen que probablemente sea entre 16 y 68 veces la de Júpiter ).

Allers y sus colaboradores usaron la matriz muy grande Karl G. Jansky en Nuevo México para observar 2MASS J1047 + 21 en las longitudes de onda de radio. Estas observaciones, que rastrean el campo magnético de la enana marrón, revelan el período de rotación del mundo. Los investigadores calcularon un período de 1.751–1.765 horas, donde la incertidumbre proviene del uso de diferentes técnicas para medir el período de la enana marrón, dijo Allers.

Los científicos también recolectaron datos a longitudes de onda de infrarrojos medios con el telescopio espacial Spitzer . Estas observaciones trazan características atmosféricas como nubes y puntos calientes en 2MASS J1047 + 21, pero es imposible saber con certeza qué estructuras están presentes, dijo Allers. «Realmente no podemos distinguir fácilmente entre esas diferentes posibilidades».

Los investigadores rastrearon cambios de bajo nivel pero periódicos en el brillo de la enana marrón en dos sesiones de observación separadas en 2017 y 2018 por un total de 21 horas. Curiosamente, registraron una variabilidad sinusoidal constante para ambas épocas de observación, lo que significa que «cualquier característica que esté causando esta variabilidad, duró al menos un año», dijo Allers. «Es una especie de fenómeno de larga duración». Usando los datos infrarrojos, Allers y sus colegas calcularon un período de 1.734–1.748 horas para la atmósfera de 2MASS J1047 + 21.

Un minuto más rápido

Sobre la base de sus mediciones, los científicos concluyeron que la atmósfera de 2MASS J1047 + 21 hace una revolución completa aproximadamente 0.017 horas, o 61 segundos, más rápido que el interior de la enana marrón hace una revolución completa. Armados con el conocimiento del radio 2MASS J1047 + 21, unos 67,000 kilómetros, apenas más pequeños que Júpiter, calcularon la velocidad del viento de la enana marrón: unos 650 metros por segundo.

Eso es mucho, mucho más rápido que los huracanes y tornados más fuertes en la Tierra (un viento de 70 metros por segundo califica como tormenta de categoría 5 ), e incluso supera los vientos más rápidos registrados en el Sistema Solar, dijo Allers. «Ciertamente es más veloz de lo que obtenemos para Júpiter». Estos resultados fueron publicados en Abril en Science .

«Este es un estudio muy bueno», dijo Dániel Apai , un científico planetario de la Universidad de Arizona que no participa en la investigación. «Proporciona un nuevo método para evaluar la velocidad del viento en las enanas marrones».

En el futuro, Allers y sus colegas esperan extender su análisis de las velocidades del viento de enanas marrones a otras longitudes de onda. Los datos en varias longitudes de onda son valiosos porque exploran diferentes profundidades de la atmósfera de un mundo, dijo Allers. «Eso le permite observar la dinámica atmosférica en función de la profundidad».

Mirando a los planetas

Otro objetivo es utilizar la misma técnica para medir la velocidad del viento en cuerpos de masa planetaria. «El método que hemos usado aquí puede, en principio, aplicarse a los exoplanetas», dijo Allers. Pero eso requerirá períodos rotativos precisos derivados de observaciones en radio e infrarrojos para mundos relativamente pequeños y débiles, reconoce el equipo de investigación. Eso está al borde de lo que es posible con la tecnología actual, pero las próximas instalaciones de telescopios como el James Webb Space Telescope , el Owens Valley Long Wavelength Array y el Square Kilometer Array «eliminarán eso del parque», dijo Allers.

Fuente: Eos / American Geophysical Union.

Artículo original: «Record-Setting Winds on a Nearby Brown Dwarf «. Katherine Kornei. April 16, 2020.

Material relacionado:

La relación entre el tamaño y la temperatura en el punto donde las estrellas terminan y comienzan las Enanas Marrones.
Crédito: P. Marenfeld y NOAO / AURA / NSF. 

El siguiente artículo presenta el proyecto de ciencia ciudadana llamado » Backyard Worlds: Planet 9 » para buscar objetos de alto movimiento, incluidas las enanas marrones y los posibles planetas que orbitan más allá de Plutón , en las imágenes de WISE, contiene además en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre enanas marrones:

Las enanas marrones son un tema candente en astronomía en este momento. Más pequeños que las estrellas y más grandes que los planetas gigantes, prometen ayudarnos a comprender tanto la evolución estelar como la formación de planetas. El nuevo trabajo de un equipo de investigadores ha descubierto varias enanas marrones ultrafrías en nuestro propio vecindario solar:

Crédito: Carnegie Institution for Science.

El descubrimineto de la estrella más pequeña conocida:

¿Dónde está el límite entre una enana marrón y una estrella?

Concepción artística del sistema Epsilon Indi. Las dos enanas marrones orbitan su centro de masa común, que a su vez orbita el componente primario mucho más distante, una estrella similar al Sol. Al mapear el movimiento orbital de las enanas marrones, el equipo pudo determinar sus masas. Al igual que los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar, se cree que las enanas marrones tienen cinturones de nubes que rodean todo el objeto y le dan una apariencia rayada. 
Crédidto de la ilustración: Roberto Molar Candanosa y Sergio Dieterich / Carnegie Institution for Science.

Comprender el límite que separa las estrellas de las enanas marrones mejorará nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan, así como si podrían o no albergar planetas habitables.

Un grupo de investigadores de Carnegie, demostraron que las enanas marrones pueden ser más masivas de lo que pensaban los astrónomos:

Examinemos el límite más en detalle:

Midendo los exoplanetas. Representación artísitica.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Júpiter es el planeta más grande del Sistema Solar. En términos de masa, Júpiter eclipsa a los otros planetas. Si reunieras todos los demás planetas en una sola masa, Júpiter aún sería 2.5 veces más masivo. Es difícil subestimar cuán grande es Júpiter. Pero como hemos descubierto miles de exoplanetas en las últimas décadas, plantea una pregunta interesante sobre cómo se puede comparar a Júpiter. Dicho de otra manera, ¿qué tan grande puede ser un planeta? La respuesta es más sutil de lo que piensas:

Algunos ejemplos notables de Enanas Marrones:

Sobre la atmósfera de Júpiter:

Videos de Charlas y Conferencias públicas:

Curiosidades:

¿Puede una estrella poseer una nube de tormenta?

Esta ilustración muestra una estrella fría, llamada W1906 + 40, marcada por una tormenta furiosa cerca de uno de sus polos. Se cree que la tormenta es similar a la Gran Mancha Roja en Júpiter. Los científicos lo descubrieron utilizando los telescopios espaciales Kepler y Spitzer de la NASA.
Crédito: NASA / Jet Propulsion Laboratory – Calthec.

Sabemos que tanto los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar, así como los exoplanetas tipo Júpiter observados, poseen una atmósfera muy activa con cinturones de vientos de alta velocidad y grandes tormentas persistentes en el tiempo como la Gran Mancha Roja.

Pero nos es difícil pensar que una estrella pueda tener también nubes y tormentas en su atmósfera. El siguiente artículo presenta un caso concreto de una tal tormenta en una estrella enana ultrafría:

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