Telescopios en Hawai‘i Confirman la Primera Enana Marrón descubierta con Observaciones de Radio

Gemini Norte y el telescopio IRTF confirmaron el descubrimiento de LOFAR

9 Noviembre 2020

Una colaboración entre el radiotelescopio LOw Frequency ARray (LOFAR), ubicado en Europa, el telescopio de Gemini Norte y el InfraRed Telescope Facility (IRTF) de la NASA -ambos instalados en la cima de Maunakea en Hawai‘i-, permitió realizar el primer descubrimiento de una enana marrón a partir de la detección de su emisión en ondas de radio. Además de facilitar el camino para futuros descubrimientos de enanas marrón, este resultado es un importante paso para integrar la radioastronomía al fascinante mundo de los exoplanetas.

Por primera vez, los astrónomos utilizaron observaciones del radio telescopio LOFAR, el telescopio IRTF de la NASA y  el Observatorio internacional Gemini, un programa de Observatorio AURA y NOIRLab de NSF, para descubrir y caracterizar una enana marrón fría. El objeto, llamado BDR J1750+3809, es el primer cuerpo celeste subestelar en ser descubierto utilizando observaciones de radio. Hasta ahora, las enanas marrón fueron descubiertas en grandes estudios en base a la emisión de luz óptica e infrarroja. La detección directa de estos objetos con radiotelescopios sensibles, como LOFAR, es un enorme avance porque demuestra que los astrónomos pueden detectar objetos que son demasiado fríos y tenues como para ser detectados en los actuales estudios infrarrojos, e incluso podrían observar otros exoplanetas más grandes que flotan libremente en el espacio.

“Gemini fue particularmente importante en este descubrimiento, porque identifica el objeto como una enana café y nos da una indicación de la temperatura del objeto”, explicó el autor líder de la investigación, Harish Vedantham, del Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos. “Las observaciones de Gemini nos indicaron que el objeto era lo suficientemente frío como para que el metano se formara en su atmósfera, demostrándonos que el objeto es un primo cercano de los planetas de nuestro Sistema Solar como Júpiter”.

Las enanas marrones son objetos sub estelares que se extienden a ambos lados del límite entre los planetas más grandes y las estrellas más pequeñas [1]. Ocasionalmente apodadas como estrellas fallidas, las enanas marrones carecen de la masa para desencadenar la fusión de hidrógeno en sus núcleos, y en cambio brillan en longitudes de onda infrarrojas con el calor sobrante de su formación. Si bien carecen de las reacciones de fusión que mantienen a nuestro Sol brillando, las enanas marrones pueden emitir luz en longitudes de onda de radio. El proceso subyacente que alimenta esta emisión de radio es familiar, ya que ocurre en el planeta más grande del Sistema Solar. El poderoso campo magnético de Júpiter acelera las partículas cargadas, como los electrones, que a su vez producen radiación, en este caso, como ondas de radio [2] y auroras.

El hecho de que las enanas marrones son emisoras de radio, permitió desarrollar una nueva estrategia de observación a la colaboración internacional de astrónomos detrás de este resultado. Las emisiones de radio habían sido previamente detectadas en un puñado de enanas marrones frías, y ellas ya habían sido conocidas y catalogadas por estudios infrarrojos antes de ser observadas con radiotelescopios. El equipo decidió cambiar esta estrategia utilizando un radiotelescopio sensible para descubrir fuentes frías y débiles, y luego realizar observaciones infrarrojas de seguimiento con un telescopio grande como el telescopio Gemini Norte, de 8 metros, para clasificarlas.

Nos preguntamos, “¿por qué apuntar nuestro radiotelescopio a enanas marrones catalogadas?", se preguntó Vedantham. “Sólo hagamos una gran imagen del cielo y descubramos estos objetos directamente en ondas de radio”, concluyó.

Luego de encontrar una variedad de señales de radio reveladoras en sus observaciones, el equipo de científicos tuvo que distinguir las fuentes potencialmente interesantes de las galaxias de fondo. Para ello, buscaron una forma especial de luz que estuviera polarizada en forma circular [3] — una característica de la luz de las estrellas, los planetas y las enanas marrón, pero no de las galaxias de fondo. Al encontrar una fuente de radio polarizada circularmente, el equipo recurrió a telescopios como el Gemini Norte y el IRTF de NASA, para proporcionar las mediciones necesarias para identificar su descubrimiento.

Gemini Norte está equipado con diversos instrumentos infrarrojos, uno de los cuales está listo para observar cuando aparece una oportunidad astronómica interesante. En el caso de BDR J1750+3809, la cámara infrarroja principal de Gemini, el espectrógrafo y Cámara en Infrarrojo Cercano (NIRI por sus siglas en inglés), no estaba disponible, así que los astrónomos tomaron la inusual decisión de usar la cámara de adquisición para el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Gemini (GNIRS) en su lugar. Gracias al cuidadoso trabajo y precaución del personal de Gemini, esta cámara proporcionó imágenes nítidas, precisas y profundas en varias longitudes de onda infrarrojas.

“Estas observaciones realmente resaltan la versatilidad de Gemini, y la capacidad de imágenes del espectrógrafo GNIRS de Gemini”, comentó el astrónomo de Gemini y de la Universidad de Edimburgo Trent Dupuy, coautor del artículo de investigación. Las observaciones de Gemini Norte fueron obtenidas mediante el Tiempo Discrecional del Director, que está reservado para programas que necesitan pequeñas cantidades de tiempo de observación con resultados potenciales de alto impacto.

“Esta observación demuestra la flexibilidad y el poder de los Observatorios Gemini”, dijo Martin Still, de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF). “Esta fue una oportunidad en la que el diseño y las operaciones de Gemini permitieron que una idea innovadora se convirtiera en un descubrimiento significativo”.

Además de ser un resultado emocionante por derecho propio, el descubrimiento de BDR J1750+3809 podría proporcionar una visión tentadora de un futuro en el que los astrónomos podrían medir las propiedades de los campos magnéticos de los exoplanetas. Las enanas marrón frías son las cosas más cercanas a los exoplanetas que los astrónomos pueden detectar actualmente utilizando radio telescopios, y este descubrimiento podría utilizarse para probar teorías que predicen la fuerza del campo magnético de los exoplanetas. Los campos magnéticos son un importante factor para determinar las propiedades atmosféricas y la evolución a largo plazo de los exoplanetas.

“Nuestro objetivo final es comprender el magnetismo en los exoplanetas y cómo esto impacta su capacidad para albergar vida”, concluyó Vedantham. “Debido a que los fenómenos magnéticos de las enanas marrones frías son tan similares a lo que se ve en los planetas del Sistema Solar, esperamos que nuestro trabajo otorgue datos vitales para probar modelos teóricos que predicen los campos magnéticos de los exoplanetas".

Notas

[1] La primera observación inequívoca de una enana marrón no ocurrió hasta 1995, después de más de 30 años de predicciones teóricas. El nombre de estos objetos fue acuñado por la astrónoma estadounidense Jill Tarter en referencia a su color esperado.

[2] La radiación emitida por la aceleración de partículas cargadas en un campo magnético se conoce como radiación ciclotrónica. El nombre proviene del ciclotrón, un tipo temprano de acelerador de partículas.

[3] La luz polarizada circularmente también se utiliza para crear películas en 3D.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo Direct Radio Discovery of a Cold Brown Dwarf que será publicado en The Astrophysical Journal Letters.

El equipo está compuesto por H. K. Vedantham (ASTRON y University of Groningen), J. R. Callingham (Leiden Observatory y ASTRON), T. W. Shimwell (ASTRON y Leiden Observatory), T. Dupuy (University of Edinburgh y Observatorio Gemini/NSF’s NOIRLab), William M. J. Best (University of Texas y Astrónomo Visitante en NASA IRTF, Michael C. Liu (University of Hawai‘i y Astrónomo Visitante en NASA IRTF), Zhoujian Zhang (University of Hawai‘i), K. De (California Institute of Technology), L. Lamy (LESIA, Observatoire de Paris), P. Zarka (LESIA, Observatoire de Paris), H. J. A. Röttgering (Leiden Observatory), y A. Shulevski (Leiden Observatory).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

Contactos

Harish Vedantham
ASTRON and University of Groningen
Correo electrónico: vedantham@astron.nl

Trent Dupuy
University of Edinburgh and Gemini Observatory
Correo electrónico: tdupuy@roe.ac.uk

Amanda Kocz
Press and Internal Communications Officer
NSF’s NOIRLab
Cel: +1 520 318 8591
Correo electrónico: amanda.kocz@noirlab.edu

Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2028.