Astronomie

Modely hnědých trpasličích mraků

Modely hnědých trpasličích mraků


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Objevil se výzkum, který naznačuje, že měnící se jas hnědých trpaslíků je způsoben pásy oblaků železa / křemičitanu. Bylo vytvořeno několik modelů, které tuto hypotézu podporují. Moje otázka zní: Která část modelu jsou skutečné mraky? Jsou mraky jasně oranžové kousky? Nebo jsou tyto světlé oblasti „rozbité“ v oblacích a pohled na hnědého trpaslíka níže.

5 MB animovaný GIF: Brown Dwarf Cloud Model


Počáteční výzkum se ukázal být špatný, protože intuice neodpovídá očekáváním.

Zdá se, že článek, na který odkazuje OP, shrnuje odpověď na otázku docela dobře:

V tomto vysvětlení představují tmavé oblasti naší mapy silnější mraky, které zakrývají hlubší a teplejší části atmosféry a představují vyšší (a tedy chladnější) emisní povrch, zatímco světlé oblasti odpovídají otvorům v horních vrstvách mraků, které poskytují pohled na teplejší a hlubší interiér.

Výňatek z globální cloudové mapy nejbližšího známého hnědého trpaslíka

Zpočátku jsem předpokládal, že kovové mraky budou odrážet záření z blízké hvězdy, ale jak se ukázalo, horká atmosféra vyzařuje infračervené záření, které výrazněji ovlivňuje jas.

Více o hnědých trpaslících zde.


Ve spektru nejchladnějších hnědých trpaslíků byly nalezeny vodní mraky

Umělecké vykreslení WISE 0855, jak by se mohlo zdát, pokud se na něj podíváte zblízka v infračerveném světle. Ilustrace: Joy Pollard, Gemini Observatory / AURA. Od detekce v roce 2014 hnědý trpaslík známý jako WISE 0855 (plné označení WISE J085510.83-071442.5) v souhvězdí Hydra fascinoval astronomy. Pouze 7,2 světelných let od Země je nejchladnějším známým objektem mimo naši sluneční soustavu a je sotva viditelný na infračervených vlnových délkách s největšími pozemskými dalekohledy.

Týmu vedenému astronomy na UC Santa Cruz se nyní podařilo získat infračervené spektrum WISE 0855 pomocí dalekohledu Gemini North Telescope na Havaji, který poskytuje první podrobnosti o složení a chemii objektu & # 8217s. Mezi nálezy jsou silné důkazy o existenci mraků vody nebo vodního ledu, prvních takových mraků detekovaných mimo naši sluneční soustavu.

Očekávali bychom, že studený objekt bude mít vodní mraky, a to je nejlepší důkaz, že ano, & # 8221 řekl Andrew Skemer, odborný asistent astronomie a astrofyziky na UC Santa Cruz. Skemer je prvním autorem příspěvku o nových poznatcích, který má být publikován v Astrophysical Journal Letters a v současné době k dispozici online.

Selhala hvězda
Hnědý trpaslík je v podstatě neúspěšná hvězda, která vytvořila způsob, jakým hvězdy procházejí gravitačním zhroucením oblaku plynu a prachu, ale bez získání dostatečné hmotnosti, aby vyvolala reakce jaderné fúze, díky nimž hvězdy září. S přibližně pětinásobkem hmotnosti Jupitera se WISE 0855 v mnoha ohledech podobá této plynné obří planetě. Jeho teplota je asi 250 K, nebo asi -23 ° C (-10 ° F), takže je téměř tak chladná jako Jupiter, což je 130 K. Tento diagram ilustruje umístění hvězdných systémů nejblíže ke Slunci. Rok, kdy byla určena vzdálenost ke každému systému, je uveden za názvem systému # 8217. Průzkumník infračerveného průzkumu NASA s širokým polem, neboli WISE, našel dva ze čtyř nejbližších systémů: binárního hnědého trpaslíka WISE 1049-5319 a hnědého trpaslíka WISE 0855-0714. Spitzer Space Telescope NASA & # 8217s pomohl přesně určit polohu posledního objektu. Nejbližší systém ke Slunci je trojice hvězd, která se skládá z Alfa Centauri, blízkého společníka k němu a Proxima Centauri. Ilustrace: NASA / Penn State University. & # 8220WISE 0855 je naší první příležitostí ke studiu extrasolárního objektu planetární hmoty, který je téměř tak chladný jako naši vlastní plynoví giganti, & # 8221 řekl Skemer.

Předchozí pozorování hnědého trpaslíka, publikovaná v roce 2014, poskytla předběžné náznaky vodních mraků na základě velmi omezených fotometrických údajů. Skemer, spoluautor dřívějšího článku, uvedl, že získání spektra (které odděluje světlo od objektu na jeho vlnové délky) je jediným způsobem, jak detekovat molekulární složení objektu.

WISE 0855 je příliš slabý na konvenční spektroskopii při optických nebo blízkých infračervených vlnových délkách, ale tepelná emise z hluboké atmosféry při vlnových délkách v úzkém okně kolem 5 mikronů nabídla příležitost, kde by spektroskopie byla & # 8220challenging, ale ne nemožná, & # 8221 he řekl.

Tým použil dalekohled Gemini-North na Havaji a Gemini Near Infrared Spectrograph k pozorování WISE 0855 po dobu 13 nocí celkem asi 14 hodin.

& # 8220 Je to pětkrát slabší než jakýkoli jiný objekt detekovaný pozemní spektroskopií při této vlnové délce, řekl Skemer. & # 8220 Nyní, když máme spektrum, můžeme opravdu začít přemýšlet o tom, co se v tomto objektu děje. Naše spektrum ukazuje, že WISE 0855 dominuje vodní pára a mraky, s celkovým vzhledem, který je nápadně podobný Jupiteru. & # 8221

Zatažená atmosféra
Vědci vyvinuli atmosférické modely rovnovážné chemie pro hnědého trpaslíka při 250 Kelvinech a vypočítali výsledná spektra za různých předpokladů, včetně zakalených a bezmračných modelů. Modely předpovídaly spektrum, kterému dominují vlastnosti plynoucí z vodní páry, a zakalený model poskytoval nejlepší přizpůsobení vlastnostem ve spektru WISE 0855.

Při srovnání hnědého trpaslíka s Jupiterem tým zjistil, že jejich spektra jsou nápadně podobná, pokud jde o vlastnosti absorpce vody. Jedním z významných rozdílů je nadbytek fosfinu v atmosféře Jupiteru. Fosfin se tvoří v horkém vnitřku planety a reaguje za vzniku dalších sloučenin v chladnější vnější atmosféře, takže jeho vzhled ve spektru je důkazem turbulentního míchání v atmosféře Jupitera. Absence silného fosfinového signálu ve spektru WISE 0855 znamená, že má méně turbulentní atmosféru.

& # 8220 Spektrum nám umožňuje zkoumat dynamické a chemické vlastnosti, které byly dlouho studovány v atmosféře Jupitera # 8217, ale tentokrát v extrasolárním světě, řekl Skemer.


Skupiny mraků krouží po povrchu hnědého trpaslíka

Astronomové zjistili, co se jeví jako pásy mraků, které proudí po povrchu chladného hvězdného tělesa známého jako hnědý trpaslík. Pásy připomínající ty, které prokládají povrch Jupitera, byly objeveny pomocí polarimetrie, techniky, která funguje stejným způsobem, jako když polarizované sluneční brýle blokují sluneční záření.

& # 8220 Polarimetrické přístroje často považuji za astronomy polarizační sluneční brýle # 8217, & # 8221 říká Maxwell Millar-Blanchaer, postdoktorand Scholar Roberta A. Millikana v astronomii na Caltech. & # 8220Ale místo toho, abychom se pokusili zablokovat toto oslnění, snažíme se jej měřit. & # 8221 Millar-Blanchaer je vedoucím autorem nové studie o zjištěních, která byla přijata ke zveřejnění v Astrofyzikální deník. Pozorování byla prováděna pomocí dalekohledu European Southern Observatory & VLT (VLT) v Chile.

Zatímco důkazy o pásmech mraků na hnědých trpaslících byly vidět již dříve, tento objev představuje poprvé, co byly tyto rysy odvozeny pomocí techniky polarimetrie.

& # 8220Polarimetrie získává obnovenou pozornost v astronomii, & # 8221 říká Dimitri Mawet, profesor astronomie na Caltech a vedoucí vědecký pracovník v Jet Propulsion Laboratory, kterou Caltech pro NASA spravuje. & # 8220 Polarimetrie je velmi obtížné umění, ale díky novým technikám a metodám analýzy dat je přesnější a citlivější než kdy dříve, což umožňuje průkopnické studie všeho od vzdálených supermasivních černých děr, novorozených a umírajících hvězd, hnědých trpaslíků a exoplanet, všech cesta dolů k objektům v naší vlastní sluneční soustavě. & # 8221

Hnědý trpaslík v nové studii s názvem Luhman 16A je součástí dvojice, která dohromady představuje nejbližší známý binární hnědý trpasličí systém naší sluneční soustavy, ležící ve vzdálenosti 6,5 světelných let daleko. V roce 2013 objevila společnost Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) NASA a # 8217s, každá koule váží zhruba 30krát více než hmotnost Jupiteru. Hnědí trpaslíci se tvoří ze zhroucených mraků plynu podobným způsobem jako hvězdy, ale chybí jim dostatek hmoty, aby se nakonec vznítili a zářili hvězdným světlem.

Předchozí pozorování pomocí Spitzerova kosmického dalekohledu NASA & # 8217s zjistila, že tři další hnědí trpaslíci měli známky oblačnosti a předchozí studie partnerského hnědého trpaslíka Luhmana 16A, zvaného Luhman 16B, vyvodily přítomnost velkých oblačných skvrn. Všechna tato předchozí měření však zkoumala, jak se jas objektů v průběhu času měnil a neměřil polarizované světlo. V nové studii byl ke studiu polarizovaného světla od obou Luhmanských hnědých trpaslíků použit přístroj VLT & # 8217s NaCo.

& # 8220Polarimetry je jediná technika, která je v současné době schopna detekovat pásma, která v průběhu času kolísají v jasu, & # 8221 říká Millar-Blanchaer. & # 8220 To byl klíč k nalezení pásů mraků na Luhmanu 16A, na kterých se pásy nejeví jako různé. & # 8221

Vědci vysvětlují, že i když si nedokážou představit samotného hnědého trpaslíka, jejich měření množství polarizovaného světla přicházejícího z něj jim umožňuje odvodit přítomnost oblačných pásem pomocí sofistikovaného atmosférického modelování. Jejich pozorování jim nedovoluje přesně určit, kolik pásů mraků se kolem Luhmanu 16A otáčí, ale podle jejich modelů by odpověď mohla být dvě.

Jejich modely také ukazují, že skvrny mraků by měly bouřlivé počasí podobné tomu na Jupiteru.

& # 8220 Myslíme si, že tyto bouře mohou pršet věci jako křemičitany nebo amoniak. Ve skutečnosti je to docela hrozné počasí, říká # 8221 spoluautor Julien Girard z Vědeckého institutu pro vesmírný dalekohled.

V budoucnu tým doufá, že tuto práci rozšíří na měření planet kolem jiných hvězd, nazývaných exoplanety.

& # 8220Polarimetrie je velmi citlivá na vlastnosti cloudu, a to jak u hnědých trpaslíků, tak u exoplanet, & # 8221 říká Millar-Blanchaer. Je to poprvé, co byla skutečně využita k pochopení vlastností mraků mimo sluneční soustavu. & # 8221

U pozemních a vesmírných dalekohledů nové generace lze stejnou metodu použít také ke studiu exoplanet s potenciálem hostit život. Polarimetrie je velmi citlivá nejen na atmosférické vlastnosti, říká Millar-Blanchaer, ale také na typ povrchu, který planeta má, takže ji lze jednoho dne použít k detekci kapalné povrchové vody, což je známkou obyvatelnosti.

Studie s názvem & # 8220Detekce polarizace kvůli oblačným pásmům v nedalekém binárním souboru hnědého trpaslíka Luhman 16 & # 8221 byla financována z Národní vědecké nadace, NASA a Evropské rady pro výzkum.


Otázky a odpovědi

Co je nového / důležitého na těchto výsledcích?
Zde popsané výsledky poskytují první mapu povrchu hnědého trpaslíka a první monitorování variability jasu hnědého trpaslíka ve více než dvou vlnových délkách (pásmech filtrů) současně a poskytují informace o různých atmosférických vrstvách.

Výsledky ukazují rozlišitelné vlastnosti mraků a také to, že tento hnědý trpaslík musí mít více vrstev nepravidelných mraků a / nebo teplotních variací, aby vytvořil pozorovanou variabilitu. Toto je první detekce tohoto druhu složitých, vyvíjejících se vzorů počasí na hnědém trpaslíkovi, která zahrnuje povrchovou mapu, a také první, která zahrnuje monitorování na tak různých vlnových délkách.

Teoretici jsou nyní vyzváni, aby poskytli lepší a podrobnější modely atmosférické struktury hnědých trpaslíků - které by ve spojení s novými pozorovacími údaji podobnými těm, které jsou zde popsány, měly vést k mnohem podrobnějšímu pochopení těchto hraničních objektů.

Výsledky jsou zajímavé také v obecnějším kontextu. Teoretici již navrhli různé způsoby, jak lze charakterizovat povětrnostní vzorce a povrchové rysy na malých, chladných planetách podobných Zemi, ale observatoře, které jsou k tomu potřebné, leží ještě mnoho desetiletí v budoucnosti. Mapa hnědého trpaslíka, která byla nyní publikována, a měření Biller et al. které poskytují určité hloubkové informace, spolu s nedávnými mapami extrasolárních planet s nižším rozlišením, představují významný pokrok směrem k cíli porozumět povětrnostním vzorcům v jiných solárních systémech.

Dalším krokem bude pravděpodobně nástroj SPHERE, nástroj, který má zahájit provoz na dalekohledu ESO & Very Large Telescope na observatoři Paranal na začátku roku 2014. SPHERE, který byl vyvinut konsorciem vedeným Jean-Lucem Beuzitem (PI) z Laboratoire d & aposAstrophysique de l & aposObservatoire de Grenoble (Francie) a Markus Feldt (Co-PI) z Max Planckova institutu pro astronomii v Heidelbergu by měli být schopni provádět podobná měření na obřích exoplanetách.

Jaké nástroje byly použity v tomto výzkumu?
Mapa hnědého trpaslíka byla rekonstruována ze spektroskopických dat získaných pomocí CRIRES, spektrografu instalovaného na jednom z 8metrových dalekohledů Very Large Telescopes (VLT) na observatoři ESO & aposs Paranal v Chile v květnu 2013.

Měření jasu Biller et al. použila astronomickou kameru GROND na 2,2 m dalekohledu na observatoři ESO & aposs La Silla v Chile v dubnu 2013. GROND byl postaven vysokoenergetickou skupinou Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku v Garchingu ve spolupráci se Státní observatoří Tautenburg a ESO, a může pořizovat snímky současně v sedmi různých oblastech vlnových délek (pásmech filtrů).

Původní objev binárního souboru hnědého trpaslíka provedla Kevin Luhman Pennsylvania State University v polovině března 2013 pomocí dat z infračervené observatoře WISE NASA a aposs. Jejich katalogová čísla jsou WISE J104915.57-531906.1 A a B, přičemž A a B jsou konvenčním způsobem označujícím komponenty s dvojitou hvězdou (nebo hnědým trpaslíkem). Toto je nejbližší hvězdný systém nalezený za téměř století. Je jen o něco vzdálenější než druhá nejbližší hvězda, hvězda Barnard & aposs objevená v roce 1916. Protože Luhman předtím objevil dalších 15 binárních systémů, nový systém byl také nazýván Luhman 16, konvence přijatá v tomto textu.

Jak se vědcům podařilo rekonstruovat povrchovou mapu a jak odhalili strukturu vrstev?
Se současnou technologií není možné vyrobit povrchové mapy tohoto hnědého trpaslíka (nebo jiných vzdálených hvězd a hnědých trpaslíků) stejným způsobem, jako bychom řekli, namapovali oblačné pásma Jupitera, a to přímým pořizováním snímků, které zobrazují všechny detaily.

Místo toho se používá nepřímá technika, která se nazývá Dopplerovo zobrazování. Využívá skutečnosti, že světlo z rotující hvězdy je mírně posunuto ve frekvenci, jak se hvězda otáčí. Ze systematických posunů lze rekonstruovat přibližnou mapu hvězdného povrchu.

Chcete-li získat hrubý obrázek o tom, jak k tomu dochází, představte si, že se vznášíte vysoko nad rovníkem Země a Apossu a sledujete, jak se zeměkoule otáčí pod vámi. Když se objekt, který sedí na rovníku, dostane do zorného pole, bude se nejprve pohybovat směrem k vám, zatímco překračuje horizont a přichází do dohledu, když prochází přímo pod vámi, jeho vzdálenost od vás se bude měnit velmi pomalu a jak prochází vaším horizontem z zrak se od vás vzdálí rychlostí. Objekt umístěný ve vyšších zeměpisných šířkách (tj. Posunutý k jednomu z pólů) bude následovat podobný vzor, ​​ale při celkově nižších rychlostech. Objekt, který se nachází na jednom z pólů, se při otáčení Země nebude pohybovat směrem k vám ani od vás vůbec.

Nyní si představte stejnou situaci pro hnědého trpaslíka. Když se jasná skvrna otočí do zorného pole, způsob, jakým se bude pohybovat přímo k vám nebo od vás, bude záviset na zeměpisné šířce, zatímco načasování, kdy se otáčí do a z dohledu, určuje její zeměpisnou délku. A zatímco astronomové nemohou sledovat místo a aposs cestuje přímo, existuje i tzv. Dopplerův posun: Světlo změní svou vlnovou délku velmi mírně v závislosti na tom, zda a jak rychle se emitující objekt pohybuje směrem k pozorovateli nebo od něj. V kombinaci s Dopplerovými posunovými vzory naznačujícími zeměpisnou šířku s načasováním nesoucím informace o zeměpisné délce se mohou astronomové pokusit rekonstruovat povrchový vzor hnědého trpaslíka a apossa. Rekonstrukce zahrnuje určitou nejednoznačnost a nejistotu, ale zde zobrazeným výsledkem je nejpravděpodobnější povrchová struktura odvozená z mnoha Dopplerových měření provedených Crossfieldem a kol.

Měření variability Biller et al. byly vyrobeny současně v sedmi režimech vlnových délek (filtrační pásma). Emise při těchto různých vlnových délkách přímo korelují s teplotou emitujícího plynu a nejpravděpodobněji různé vlnové délky představují vrstvy v různých hloubkách atmosféry hnědého trpaslíka. Pozorování tak vědcům umožňují zkoumat různé hloubky atmosféry a odhalit složitý vzorec.


Kruhy mraků krouží po povrchu hnědého trpaslíka

Astronomové zjistili, co se jeví jako pásy mraků, které proudí po povrchu chladného hvězdného tělesa známého jako hnědý trpaslík. Pásy připomínající ty, které prokládají povrch Jupitera, byly objeveny pomocí polarimetrie, techniky, která funguje stejným způsobem, jako když polarizované sluneční brýle blokují sluneční záření.

„Polarimetrické přístroje často považuji za polarizované sluneční brýle astronoma & # x27s,“ říká Maxwell Millar-Blanchaer, postdoktorand Scholar Roberta A. Millikana v astronomii na Caltech. & quotAle místo toho, abychom se pokusili zablokovat toto oslnění, snažíme se jej měřit. & quot Millar-Blanchaer je vedoucím autorem nové studie o zjištěních, která byla přijata ke zveřejnění v Astrofyzikální deník. Pozorování byla prováděna pomocí dalekohledu European Southern Observatory & VLT (Very Large Telescope) v Chile.

Zatímco důkazy o pásmech mraků na hnědých trpaslících byly vidět již dříve, tento objev představuje poprvé, co byly tyto rysy odvozeny pomocí techniky polarimetrie.

„Polarimetrii se v astronomii dostává obnovené pozornosti,“ říká Dimitri Mawet, profesor astronomie na Caltechu a vedoucí vědecký pracovník v Jet Propulsion Laboratory, kterou Caltech spravuje pro NASA. & quotPolarimetrie je velmi obtížné umění, ale díky novým technikám a metodám analýzy dat je přesnější a citlivější než kdy dříve, což umožňuje průkopnické studie všeho od vzdálených supermasivních černých děr, novorozených a umírajících hvězd, hnědých trpaslíků a exoplanet až po celou cestu dolů k objektům v naší vlastní sluneční soustavě

Hnědý trpaslík v nové studii s názvem Luhman 16A je součástí dvojice, která dohromady představuje nejbližší známý binární hnědý trpasličí systém naší sluneční soustavy, ležící ve vzdálenosti 6,5 světelných let daleko. V roce 2013 objevila společnost NASA & # x27s Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE), každá koule váží zhruba 30krát více než Jupiter. Hnědí trpaslíci se tvoří ze zhroucených mraků plynu podobným způsobem jako hvězdy, ale chybí jim dostatek hmoty, aby se nakonec vznítili a zářili hvězdným světlem.

Předchozí pozorování pomocí Spitzerova kosmického dalekohledu NASA & # x27s zjistila, že tři další hnědí trpaslíci měli známky oblačnosti a předchozí studie partnerského hnědého trpaslíka Luhmana 16A, zvaného Luhman 16B, vyvodily přítomnost velkých oblačných skvrn. Všechna tato předchozí měření však zkoumala, jak se jas objektů v průběhu času měnil a neměřil polarizované světlo. V nové studii byl ke studiu polarizovaného světla od obou Luhmanských hnědých trpaslíků použit přístroj VLT & # x27s NaCo.

& quot; Polarimetrie je jediná technika, která je v současné době schopna detekovat pásma, která v průběhu času kolísají v jasu, & quot; říká Millar-Blanchaer. & quotTo byl klíč k nalezení pásů mraků na Luhmanu 16A, na kterých se pásy nejeví jako různé. & quot

Vědci vysvětlují, že i když si nedokážou představit samotného hnědého trpaslíka, jejich měření množství polarizovaného světla přicházejícího z něj jim umožňuje odvodit přítomnost oblačných pásem pomocí sofistikovaného atmosférického modelování. Jejich pozorování jim nedovoluje přesně určit, kolik pásů mraků se kolem Luhmanu 16A otáčí, ale podle jejich modelů by odpověď mohla být dvě.

Jejich modely také ukazují, že skvrny mraků by měly bouřlivé počasí podobné tomu na Jupiteru.

& quotMyslíme si, že tyto bouře mohou pršet věci jako křemičitany nebo amoniak. Ve skutečnosti je to docela hrozné počasí, & quot říká spoluautor Julien Girard z Science Telescope Science Institute.

V budoucnu tým doufá, že tuto práci rozšíří na měření planet kolem jiných hvězd, nazývaných exoplanety.

& quotPolarimetrie je velmi citlivá na vlastnosti cloudu, a to jak u hnědých trpaslíků, tak u exoplanet, & quot říká Millar-Blanchaer. „Je to poprvé, co bylo skutečně využito k pochopení vlastností mraků mimo sluneční soustavu.“ „

U pozemních a vesmírných dalekohledů nové generace lze stejnou metodu použít také ke studiu exoplanet s potenciálem hostit život. Polarimetrie je velmi citlivá nejen na atmosférické vlastnosti, říká Millar-Blanchaer, ale také na typ povrchu, který planeta má, takže ji lze jednoho dne použít k detekci kapalné povrchové vody, což je známkou obyvatelnosti.

Studie s názvem „Detekce polarizace díky cloudovým pásmům v nedalekém binárním souboru hnědého trpaslíka Luhman 16“ byla financována z Národní vědecké nadace, NASA a Evropské rady pro výzkum.


Dalekohledy Maunakea potvrzují prvního hnědého trpaslíka objeveného rádiovými pozorováními

Spolupráce mezi radioteleskopem LOw Frequency ARray (LOFAR) v Evropě, dalekohledem Gemini North a NASA InfraRed Telescope Facility (IRTF), oba na Maunakea v Hawai, vedla k prvnímu přímému objevu studeného hnědého trpaslíka ze své emise rádiových vln. Spolu s připravením cesty pro budoucí objevy hnědých trpaslíků je tento výsledek důležitým krokem k uplatnění radioastronomie na vzrušující pole exoplanet.

Astronomové poprvé použili k objevení a charakterizaci studeného hnědého trpaslíka pozorování z radiového dalekohledu LOFAR, NASA IRTF, provozovaného University of Hawai’i, a mezinárodní Gemini Observatory, Program NOFRL od NSF. Objekt označený jako BDR J1750 + 3809 je prvním subelárním objektem, který byl objeven pomocí rádiových pozorování - dosud byli ve velkých infračervených a optických průzkumech odkryti hnědí trpaslíci. Přímé objevování těchto objektů pomocí citlivých radioteleskopů, jako je LOFAR, je významným průlomem, protože ukazuje, že astronomové mohou detekovat objekty, které jsou příliš studené a slabé na to, aby je bylo možné najít ve stávajících infračervených průzkumech - možná dokonce i ve velkých volně se vznášejících exoplanetách.

V tomto objevu bylo Gemini obzvláště důležité, protože identifikovalo objekt jako hnědého trpaslíka a také nám poskytlo údaj o teplotě objektu,”Vysvětlil hlavní autor Harish Vedantham z ASTRON, nizozemského institutu pro radioastronomii. "Pozorování Blíženců nám řekla, že objekt byl dostatečně chladný na to, aby se v jeho atmosféře vytvořil metan - což nám ukazuje, že objekt je blízkým bratrancem planet sluneční soustavy, jako je Jupiter.

Hnědí trpaslíci jsou podhvězdné objekty obkročující hranice mezi největšími planetami a nejmenšími hvězdami [1]. Hnědým trpaslíkům, kterým občas chyběly hvězdy, chyběla hmota, která by spustila fúzi vodíku v jejich jádrech, místo toho září na infračervené vlnové délky zbytkovým teplem z jejich formování. I když jim chybí fúzní reakce, díky nimž naše Slunce svítí, mohou hnědí trpaslíci vyzařovat světlo na rádiových vlnových délkách. Základní proces napájení této rádiové emise je známý, protože k němu dochází na největší planetě sluneční soustavy. Jupiterovo silné magnetické pole urychluje nabité částice, jako jsou elektrony, které zase produkují záření - v tomto případě rádiové vlny [2] a polární záře.

Skutečnost, že hnědí trpaslíci jsou radiovými zářiči, umožnila mezinárodní spolupráci astronomů stojících za tímto výsledkem vyvinout novou strategii pozorování. Radiové emise byly dříve detekovány pouze u hrstky studených hnědých trpaslíků - a byly známy a katalogizovány infračervenými průzkumy, než byly pozorovány pomocí radioteleskopů. Tým se rozhodl tuto strategii převrátit pomocí citlivého radiového dalekohledu k objevení chladných, slabých zdrojů a poté provést následná infračervená pozorování pomocí velkého dalekohledu, jako je 8m dalekohled Gemini North, aby je roztřídil.

Ptali jsme se sami sebe: „Proč namířit náš radioteleskop na katalogizované hnědé trpaslíky?“,“Řekl Vedantham. "Pojďme udělat velký obrázek oblohy a objevit tyto objekty přímo v rádiu.

Poté, co ve svých pozorováních našli řadu sdělovacích rádiových podpisů, musel tým odlišit potenciálně zajímavé zdroje od galaxií v pozadí. Hledali speciální formu světla, které bylo kruhově polarizované [3] - rys světla z hvězd, planet a hnědých trpaslíků, ale ne z galaxií v pozadí. Poté, co našel kruhově polarizovaný rádiový zdroj, se tým obrátil na dalekohledy, včetně Gemini North a NASA IRTF, aby poskytly měření potřebná k identifikaci jejich objevu.

Gemini North je vybaven řadou infračervených přístrojů, z nichž jeden je obvykle připraven k pozorování, když se naskytne zajímavá astronomická příležitost. V případě BDR J1750 + 3809 nebyl k dispozici hlavní infračervený snímač Gemini, Near InfraRed Imager and spectrograph (NIRI) - takže astronomové Gemini podnikli neobvyklý krok pomocí akviziční kamery pro Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) namísto. Díky pečlivé práci a předvídavosti zaměstnanců Gemini poskytovala tato kamera hluboké, ostré a přesné zobrazení na několika infračervených vlnových délkách.

Tato pozorování skutečně zdůrazňují všestrannost Gemini, a zejména málo používanou schopnost zobrazování „klíčové dírky“ spektrografu GNIRS Gemini,”Komentoval observatoř Gemini a astronom z Edinburghské univerzity Trent Dupuy - spoluautor výzkumného příspěvku. Pozorování Gemini North byla získána prostřednictvím Ředitelského volného času, který je vyhrazen pro programy vyžadující malé množství času na pozorování s potenciálně vysoce dopadajícími výsledky.

Toto pozorování předvádí flexibilitu i sílu observatoří Gemini, “Uvedl Martin Still z National Science Foundation (NSF). "To byla příležitost, kdy design a provoz Gemini umožnily, aby se z inovativního nápadu stal významný objev.

Objev BDR J1750 + 3809 může být sám o sobě vzrušujícím výsledkem a může poskytnout lákavý pohled do budoucnosti, kdy astronomové mohou měřit vlastnosti magnetických polí exoplanet. Studení hnědí trpaslíci jsou nejbližší věci k exoplanetám, které mohou astronomové v současnosti detekovat pomocí radioteleskopů, a tento objev by mohl být použit k testování teorií předpovídajících sílu magnetického pole exoplanet. Magnetická pole jsou důležitým faktorem při určování atmosférických vlastností a dlouhodobého vývoje exoplanet.

Naším konečným cílem je porozumět magnetismu v exoplanetách a jeho dopadům na schopnost hostit život,“Uzavřel Vedantham. "Protože magnetické jevy studených hnědých trpaslíků jsou tak podobné tomu, co je vidět na planetách sluneční soustavy, očekáváme, že naše práce poskytne důležitá data pro testování teoretických modelů, které předpovídají magnetická pole exoplanet.

Poznámky

[1] První jednoznačné pozorování hnědého trpaslíka se objevilo až v roce 1995, po více než 30 letech teoretických předpovědí. Název těchto objektů vytvořil americká astronomka Jill Tarter s odkazem na jejich očekávanou barvu.

[2] Radiace emitovaná zrychlením nabitých částic v magnetickém poli se označuje jako cyklotronové záření. Název pochází z cyklotronu, raného typu urychlovače částic.

[3] Kruhově polarizované světlo se také používá k vytváření 3D filmů.

Více informací

Tento výzkum byl prezentován v příspěvku Přímý rozhlasový objev studeného hnědého trpaslíka objevit se v The Astrophysical Journal Letters.

Tým se skládá z HK Vedantham (ASTRON a University of Groningen), JR Callingham (Leiden Observatory and ASTRON), TW Shimwell (ASTRON and Leiden Observatory), T. Dupuy (University of Edinburgh and Gemini Observatory / NSF's NOIRLab), William MJ Nejlepší (University of Texas and Visiting Astronomer at the NASA IRTF, Michael C. Liu (University of Hawai'i and Visiting Astronomer at the 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), HJA Röttgering (Leidenská observatoř) a A. Shulevski (Leidenská observatoř).

NSI NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), americké středisko pro pozemskou optickou infračervenou astronomii, provozuje mezinárodní observatoř Gemini (zařízení NSF, NRC – Kanada, ANID – Chile, MCTIC – Brazílie, MINCyT – Argentina a KASI - Korejská republika), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) a Vera C. Rubin Observatory (ve spolupráci s DOE SLAC National Laboratoř urychlovače). Je řízen Asociací univerzit pro výzkum v astronomii (AURA) na základě dohody o spolupráci s NSF a má sídlo v Tucsonu v Arizoně. Je ctí astronomické komunitě mít příležitost provádět astronomický výzkum na Iolkam Du’ag (Kitt Peak) v Arizoně, na Maunakea v Hawai 'i a na Cerro Tololo a Cerro Pachón v Chile. Uznáváme a uznáváme velmi významnou kulturní roli a úctu, kterou tyto stránky mají vůči národu Tohono O'odham, domorodé havajské komunitě a místním komunitám v Chile.


Tým astronomů objevil, že nejbližší známý hnědý trpaslík Luhman 16A vykazuje známky oblačných pásem podobných těm, které jsou vidět na Jupiteru a Saturnu. Je to poprvé, co vědci použili techniku ​​polarimetrie ke stanovení vlastností atmosférických mraků mimo sluneční soustavu nebo exocloudů.

Hnědí trpaslíci jsou objekty těžší než planety, ale lehčí než hvězdy a obvykle mají 13 až 80krát větší hmotnost než Jupiter. Luhman 16A je součástí binárního systému obsahujícího druhého hnědého trpaslíka, Luhman 16B. Ve vzdálenosti 6,5 světelného roku je to po Alpha Centauri a Barnardově hvězdě třetí nejbližší systém k našemu Slunci. Oba hnědí trpaslíci váží asi 30krát více než Jupiter.

Navzdory skutečnosti, že Luhman 16A a 16B mají podobné hmotnosti a teploty (asi 1900 ° F nebo 1000 ° C) a pravděpodobně se formují současně, vykazují výrazně odlišné počasí. Luhman 16B shows no sign of stationary cloud bands, instead exhibiting evidence of more irregular, patchy clouds. Luhman 16B therefore has noticeable brightness variations as a result of its cloudy features, unlike Luhman 16A.

“Like Earth and Venus, these objects are twins with very different weather,” said Julien Girard of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, a member of the discovery team. “It can rain things like silicates or ammonia. It’s pretty awful weather, actually.”

The researchers used an instrument on the Very Large Telescope in Chile to study polarized light from the Luhman 16 system. Polarization is a property of light that represents the direction that the light wave oscillates. Polarized sunglasses block out one direction of polarization to reduce glare and improve contrast.

“Instead of trying to block out that glare, we’re trying to measure it,” explained lead author Max Millar-Blanchaer of the California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, California.

When light is reflected off of particles, such as cloud droplets, it can favor a certain angle of polarization. By measuring the preferred polarization of light from a distant system, astronomers can deduce the presence of clouds without directly resolving either brown dwarf’s cloud structure.

“Even from light-years away, we can use polarization to determine what the light encountered along its path,” added Girard.

“To determine what the light encountered on its way we compared observations against models with different properties: brown dwarf atmospheres with solid cloud decks, striped cloud bands, and even brown dwarfs that are oblate due to their fast rotation. We found that only models of atmospheres with cloud bands could match our observations of Luhman 16A,” explained Theodora Karalidi of the University of Central Florida in Orlando, Florida, a member of the discovery team.

The polarimetry technique isn’t limited to brown dwarfs. It can also be applied to exoplanets orbiting distant stars. The atmospheres of hot, gas giant exoplanets are similar to those of brown dwarfs. Although measuring a polarization signal from exoplanets will be more challenging, due to their relative faintness and proximity to their star, the information gained from brown dwarfs can potentially inform those future studies.

NASA’s upcoming James Webb Space Telescope would be able to study systems like Luhman 16 to look for signs of brightness variations in infrared light that are indicative of cloud features. NASA’s Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) will be equipped with a coronagraph instrument that can conduct polarimetry, and may be able to detect giant exoplanets in reflected light and eventual signs of clouds in their atmospheres.

This study has been accepted for publication in The Astrophysical Journal.

The Space Telescope Science Institute is expanding the frontiers of space astronomy by hosting the science operations center of the Hubble Space Telescope, the science and operations center for the James Webb Space Telescope, and the science operations center for the future Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). STScI also houses the Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST) which is a NASA-funded project to support and provide to the astronomical community a variety of astronomical data archives, and is the data repository for the Hubble, Webb, Kepler, K2, TESS missions and more.


Scientists Peer Into a Brown Dwarf, Find Stormy Atmosphere

This artist's conception illustrates the brown dwarf named 2MASSJ22282889-431026. NASA's Hubble and Spitzer space telescopes observed the object to learn more about its turbulent atmosphere. Brown dwarfs are more massive and hotter than planets but lack the mass required to become sizzling stars. Their atmospheres can be similar to the giant planet Jupiter's. (Image: NASA/JPL-Caltech)

A University of Arizona-led team of astronomers for the first time has used NASA's Spitzer a Hubble space telescopes simultaneously to peer into the stormy atmosphere of a brown dwarf, creating the most detailed “weather map” yet for this class of strange, not-quite-star-and-not-quite-planet objects. The forecast shows wind-driven, planet-sized clouds enshrouding these strange worlds.


Research Box Title

Jupiter may be the bully planet of our solar system because it's the most massive planet. But it's actually a runt compared to many of the giant planets found around other stars.

These alien worlds, called super-Jupiters, weigh up to 13 times Jupiter's mass. Astronomers have analyzed the composition of some of these monsters. But it has been difficult to study their atmospheres in detail because these gas giants get lost in the glare of their parent stars.

Researchers, however, have a substitute: the atmospheres of brown dwarfs, so-called failed stars that are up to 80 times Jupiter's mass. These hefty objects form out of a collapsing cloud of gas, as stars do, but lack the mass to become hot enough to sustain nuclear fusion in their cores, which powers stars.

Instead, brown dwarfs share a kinship with super-Jupiters. Both types of objects have similar temperatures and are extremely massive. They also have complex, varied atmospheres. The only difference, astronomers think, is their pedigree. Super-Jupiters form around stars brown dwarfs often form in isolation.

A team of astronomers, led by Elena Manjavacas of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, has tested a new way to peer through the cloud layers of these nomadic objects. The researchers used an instrument at the W. M. Keck Observatory in Hawaii to study in near-infrared light the colors and brightness variations of the layer-cake cloud structure in the nearby, free-floating brown dwarf known as 2MASS J22081363+2921215.

The Keck Observatory instrument, called the Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE), also analyzed the spectral fingerprints of various chemical elements contained in the clouds and how they change with time. This is the first time astronomers have used the MOSFIRE instrument in this type of study.

These measurements offered Manjavacas a holistic view of the brown dwarf's atmospheric clouds, providing more detail than previous observations of this object. Pioneered by Hubble observations, this technique is difficult for ground-based telescopes to do because of contamination from Earth's atmosphere, which absorbs certain infrared wavelengths. This absorption rate changes due to the weather.

"The only way to do this from the ground is using the high-resolution MOSFIRE instrument because it allows us to observe multiple stars simultaneously with our brown dwarf," Manjavacas explained. "This allows us to correct for the contamination introduced by the Earth's atmosphere and measure the true signal from the brown dwarf with good precision. So, these observations are a proof-of-concept that MOSFIRE can do these types of studies of brown-dwarf atmospheres."

Manjavacas will present her results June 9 in a press conference at the virtual meeting of the American Astronomical Society.

The researcher decided to study this particular brown dwarf because it is very young and therefore extremely bright and has not cooled off yet. Its mass and temperature are similar to those of the nearby giant exoplanet Beta Pictoris b, discovered in 2008 near-infrared images taken by the European Southern Observatory's Very Large Telescope in northern Chile.

"We don't have the ability yet with current technology to analyze in detail the atmosphere of Beta Pictoris b," Manjavacas said. "So, we’re using our study of this brown dwarf's atmosphere as a proxy to get an idea of what the exoplanet's clouds might look like at different heights of its atmosphere."

Both the brown dwarf and Beta Pictoris b are young, so they radiate heat strongly in the near-infrared. They are both members of a flock of stars and sub-stellar objects called the Beta Pictoris moving group, which shares the same origin and a common motion through space. The group, which is about 33 million years old, is the closest grouping of young stars to Earth. It is located roughly 115 light-years away.

While they're cooler than bona fide stars, brown dwarfs are still extremely hot. The brown dwarf in Manjavacas' study is a sizzling 2,780 degrees Fahrenheit (1,527 degrees Celsius).

The giant object is about 12 times heavier than Jupiter. As a young body, it is spinning incredibly fast, completing a rotation every 3.5 hours, compared to Jupiter's 10-hour rotation period. So, clouds are whipping it, creating a dynamic, turbulent atmosphere.

Keck Observatory's MOSFIRE instrument stared at the brown dwarf for 2.5 hours, watching how the light filtering up through the atmosphere from the dwarf's hot interior brightens and dims over time. Bright spots that appear on the rotating object indicate regions where researchers can see deeper into the atmosphere, where it is hotter. Infrared wavelengths allow astronomers to peer deeper into the atmosphere. The observations suggest the brown dwarf has a mottled atmosphere with scattered clouds. If viewed close-up, it might resemble a carved Halloween pumpkin, with light escaping from its hot interior.

Its spectrum reveals clouds of hot sand grains and other exotic elements. Potassium iodide traces the object's upper atmosphere, which also includes magnesium silicate clouds. Moving down in the atmosphere is a layer of sodium iodide and magnesium silicate clouds. The final layer consists of aluminum oxide clouds. The atmosphere's total depth is 446 miles (718 kilometers). The elements detected represent a typical part of the composition of brown dwarf atmospheres, Manjavacas said.

The researcher and her team used computer models of brown dwarf atmospheres to determine the location of the chemical compounds in each cloud layer.

Manjavacas' plan is to use Keck Observatory's MOSFIRE to study other atmospheres of brown dwarfs and compare them to those of gas giants. Future telescopes such as NASA's James Webb Space Telescope , an infrared observatory scheduled to launch later this year, will provide even more information about a brown dwarf's atmosphere. "JWST will give us the structure of the entire atmosphere, providing more coverage than any other telescope," Manjavacas said.

The researcher hopes that MOSFIRE can be used in tandem with JWST to sample a wide range of brown dwarfs. The goal is a better understanding of brown dwarfs and giant planets.

Donna Weaver
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

Christine Pulliam
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

Elena Manjavacas
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland


Astronomers Detect Turbulent Bands of Clouds on a Brown Dwarf 6.5 Light-Years Away

A brown dwarf 6.5 light-years from Earth in the constellation of Vela could be banded like a bumblebee butt. New observations of the object seem to show stripes of clouds that circle its entire globe, similar to those on Jupiter.

It's not the first time such bands have been detected on a brown dwarf - but it is the first time astronomers have made such a detection using polarimetry, taking measurements of objects based on the way the light they emit is twisted, or polarised.

It's not a new technique, but advances in technology and analysis techniques are giving it new life as a tool for understanding our cosmos, astronomers note.

"Polarimetry is receiving renewed attention in astronomy," said astronomer Dimitri Mawet of Caltech and the Jet Propulsion Laboratory.

"Polarimetry is a very difficult art, but new techniques and data analysis methods make it more precise and sensitive than ever before, enabling groundbreaking studies on everything from distant supermassive black holes, newborn and dying stars, brown dwarfs and exoplanets, all the way down to objects in our own Solar System."

A distance of 6.5 light-years is really small in astronomical terms, but it's a long way away to try to pick out details on an object as small and dim as a brown dwarf.

Brown dwarfs are an intermediate between planets and stars, and are often called "failed stars". They form the same way stars do - from the collapse of dense knots of material in cosmic gas clouds - but they're just not quite massive enough for hydrogen fusion in their cores.

Some of them could fuse deuterium, but they run out of fuel pretty quickly compared to 'real' stars brown dwarfs are expected to undergo a cooling and contracting process similar to white dwarfs.

However we choose to look at them, brown dwarfs are pretty weird, sitting in an oddball class all of their own - not quite a planet, not quite a star. But learning more about them can help us to understand more about stars, planets, and, of course, the brown dwarfs themselves.

It's thought that brown dwarfs don't develop atmospheric phenomena such as cloudy conditions until they are past the first blush of youth and are already starting to cool.

And this is where a brown dwarf discovered in 2013 comes in. Actually, it's two brown dwarfs - a binary brown dwarf system called Luhman 16AB. They're the closest brown dwarfs to Earth, and therefore excellent candidates to try and conduct a detailed study.

A previous study has detected what astronomers think are clouds on three other brown dwarfs, as well as one member of the binary pair, using measurements of their brightness to infer the presence of atmospheric changes. But what about bands of clouds that don't alter the overall brightness profile of the object?

So astronomer Maxwell Millar-Blanchaer of Caltech and colleagues used the European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) in Chile to determine if they could make out details on one of the brown dwarfs - Luhman A - using polarimetry.

"Polarimetry is the only technique that is currently able to detect bands that don't fluctuate in brightness over time," Millar-Blanchaer said. "This was key to finding the bands of clouds on Luhman 16A, on which the bands do not appear to be varying."

The technique didn't allow the team to see the actual clouds. That would be amazing, but it's a little outside our capabilities at the present time.

Rather, the team took polarimetric measurements of the brown dwarf, and then used sophisticated modelling to try to reproduce the polarisation signature they observed. Two thick, permanent bands of clouds, like those seen on Jupiter, were a close match.

And, like Jupiter, those clouds would be roiling, turbulent weather mess machines.

"We think these storms can rain things like silicates or ammonia. It's pretty awful weather, actually," said astronomer Julien Girard of the Space Telescope Science Institute.

And the research has implications well beyond Luhman A. As our instruments continue to improve, we may be able to use polarimetry to study the atmospheres of exoplanets, looking not just for weather, but to see whether we can identify the conditions for life.


"Astronomers' sunglasses" spot stripy clouds in brown dwarf atmosphere

Using polarized light, astronomers have detected signs of cloud bands in the atmosphere of a brown dwarf far beyond the solar system. It turns out that these gassy giants have a similar appearance to Jupiter, and the same kind of wild weather.

Caught in the middle ground between planets and stars, brown dwarfs are enigmatic objects. They form in the same way as stars, when pockets of gas and dust clouds collapse under their own gravity. Stars eventually collect enough mass to create tremendous pressure and heat, igniting the core with nuclear fusion.

But brown dwarfs don’t make it quite that far. While they end up with much larger masses than Jupiter – up to 80 times more, in fact – that’s still not enough for them to fire up as a star. Instead, they find themselves stuck as a cool ball.

Brown dwarfs occupy the middle ground between planets and stars

Now, a new study has shown just how Jupiter-like brown dwarfs can be. A team of astronomers has used the Very Large Telescope (VLT) in Chile to look for signs of clouds in the atmosphere of Luhman 16A, the closest brown dwarf to Earth. It’s part of a binary system of brown dwarfs, located a celestial stone’s-throw away at just 6.5 light-years.

The team studied the object by measuring the polarization of light coming from it. Light that radiates from its warm surface scatters off molecules in the atmosphere, polarizing it in a certain way. Polarimetric instruments, which the team describes as “astronomer’s sunglasses,” can then tell if this polarization is uniform across the whole object, or if it’s stronger in some parts than others.

In this case, the signals were stronger in some parts, indicating cloud bands streaking across the Luhman 16A. However, it didn’t reveal how many bands there were. To figure that out, the researchers modeled different cloud band patterns, and the one that most closely matched the brown dwarf’s light imprint was for two large bands.

That pattern is similar to what we see on Jupiter. The models also suggested that these clouds would create storms where it rains silicates or ammonia.

With the current study acting as a proof of concept, the team says that studying polarized light could help give us a better understanding of the clouds, atmospheres and, ultimately, habitability of exoplanets. That could be invaluable in the search for alien life.

"Polarimetry is very sensitive to cloud properties, both in brown dwarfs and exoplanets," says Maxwell Millar-Blanchaer, lead author of the study. "This is the first time that it's really been exploited to understand cloud properties outside of the solar system.”

The research was published in The Astrophysical Journal. The team describes the work in the video below.


Podívejte se na video: Večerní modelářské posezení (Listopad 2022).