Webb da NASA encontra sinais de possíveis auroras em anã marrom isolada

A emissão infravermelha do metano sugere aquecimento atmosférico por processos aurorais.

Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA encontraram uma anã marrom (um objeto mais massivo que Júpiter, mas menor que uma estrela) que pode exibir possíveis auroras, como as conhecidas Luzes do Norte em nosso mundo. Este é um mistério inesperado porque a anã castanha, conhecida como W1935, é um objeto isolado no espaço, sem nenhuma estrela próxima para criar uma aurora.

Esta ilustração retrata a anã castanha W1935, que se encontra a 47 anos-luz da Terra. Os astrónomos utilizaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA para descobrir emissões infravermelhas de metano provenientes de W1935. Esta é uma descoberta inesperada porque a anã castanha é fria e não tem uma estrela hospedeira; por isso, não há uma fonte óbvia de energia para aquecer a sua atmosfera superior e fazer brilhar o metano. A equipa especula que a emissão de metano pode ser devida a processos que geram auroras, vistas aqui a vermelho. Crédito: NASA, ESA, CSA e L. Hustak (STScI)

Aurorae na Terra são formadas quando partículas energéticas do Sol são capturadas pelo campo magnético do nosso planeta. Essas partículas caem em cascata na nossa atmosfera perto dos pólos da Terra, colidindo com moléculas de gás e criando cortinas de luz estranhas e dançantes. Como W1935 não tem estrela para gerar vento estelar, é possível que interações externas com plasma interestelar ou com uma lua ativa próxima (como Io de Júpiter) possam ajudar a explicar a emissão infravermelha observada.

Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA encontraram uma anã marrom (um objeto mais massivo que Júpiter, mas menor que uma estrela) com emissão infravermelha de metano, provavelmente devido à energia em sua atmosfera superior. Esta é uma descoberta inesperada porque a anã castanha, W1935, é fria e não possui uma estrela hospedeira; portanto, não existe uma fonte óbvia para a energia da alta atmosfera. A equipe especula que a emissão de metano pode ser devida a processos que geram auroras.

Estas descobertas estão sendo apresentadas na 243ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans.

Para ajudar a explicar o mistério da emissão infravermelha do metano, a equipe recorreu ao nosso sistema solar. A emissão de metano é uma característica comum em gigantes gasosos como Júpiter e Saturno. O aquecimento da atmosfera superior que alimenta esta emissão está ligado às auroras.

Na Terra, as auroras são criadas quando partículas energéticas sopradas do Sol para o espaço são capturadas pelo campo magnético da Terra. Eles caem em cascata na nossa atmosfera ao longo das linhas do campo magnético perto dos pólos da Terra, colidindo com moléculas de gás e criando cortinas de luz estranhas e dançantes. Júpiter e Saturno têm processos aurorais semelhantes que envolvem a interação com o vento solar, mas também recebem contribuições aurorais de luas ativas próximas, como Io (para Júpiter) e Encélado (para Saturno).

Para anãs marrons isoladas como W1935, a ausência de vento estelar que contribua para o processo auroral e explique a energia extra na atmosfera superior necessária para a emissão de metano é um mistério. A equipe supõe que processos internos não explicados, como os fenômenos atmosféricos de Júpiter e Saturno, ou interações externas com plasma interestelar ou uma lua ativa próxima podem ajudar a explicar a emissão.

Uma história de detetive

A descoberta da aurora pareceu uma história de detetive. Uma equipe liderada por Jackie Faherty, astrônomo do Museu Americano de História Natural de Nova York, ganhou tempo com o telescópio Webb para investigar 12 anãs marrons frias. Entre eles estavam o W1935 – um objeto que foi descoberto pelo cientista cidadão Dan Caselden, que trabalhou com o projeto Backyard Worlds Zooniverse – e o W2220, um objeto que foi descoberto usando o Wide Field Infrared Survey Explorer da NASA.

Webb revelou com detalhes requintados que W1935 e W2220 pareciam ser clones próximos um do outro em composição. Eles também compartilhavam brilho, temperaturas e características espectrais semelhantes de água, amônia, monóxido de carbono e dióxido de carbono. A notável exceção foi que o W1935 mostrou emissão de metano, em oposição à característica de absorção prevista que foi observada no W2220. Isto foi visto em um comprimento de onda infravermelho distinto ao qual Webb é exclusivamente sensível.

“Esperávamos ver metano porque o metano está presente em todas essas anãs marrons. Mas em vez de absorver luz, vimos exatamente o oposto: o metano estava brilhando. Meu primeiro pensamento foi: que diabos? Por que a emissão de metano está saindo deste objeto?” disse Faherty.

A equipe usou modelos de computador para inferir o que poderia estar por trás da emissão. O trabalho de modelagem mostrou que o W2220 tinha uma distribuição de energia esperada por toda a atmosfera, esfriando com o aumento da altitude. Já o W1935 teve um resultado surpreendente. O melhor modelo favorecia uma inversão de temperatura, onde a atmosfera esquentava com o aumento da altitude.

“Esta inversão de temperatura é realmente intrigante”, disse Ben Burningham, coautor da Universidade de Hertfordshire, na Inglaterra, e principal modelador do trabalho. “Vimos este tipo de fenómeno em planetas com uma estrela próxima que pode aquecer a estratosfera, mas vê-lo num objeto sem nenhuma fonte externa de calor óbvia é uma loucura.” 

Pistas do nosso Sistema Solar

Em busca de pistas, a equipe procurou em nosso próprio quintal, os planetas do nosso sistema solar. Os planetas gigantes gasosos podem servir como representantes do que se vê acontecendo a mais de 40 anos-luz de distância, na atmosfera de W1935.

A equipe percebeu que as inversões de temperatura são proeminentes em planetas como Júpiter e Saturno. Ainda há trabalho em curso para compreender as causas do seu aquecimento estratosférico, mas as principais teorias para o sistema solar envolvem o aquecimento externo por auroras e o transporte interno de energia das profundezas da atmosfera (sendo a primeira uma explicação principal).

Candidatos a Aurora Anã Marrom no Contexto

Esta não é a primeira vez que uma aurora é usada para explicar a observação de uma anã marrom. Os astrônomos detectaram emissões de rádio provenientes de várias anãs marrons mais quentes e invocaram as auroras como a explicação mais provável. Pesquisas foram conduzidas com telescópios terrestres como o Observatório Keck em busca de assinaturas infravermelhas dessas anãs marrons emissoras de rádio para caracterizar melhor o fenômeno, mas foram inconclusivas. 

W1935 é o primeiro candidato auroral fora do sistema solar com a assinatura de emissão de metano. É também o candidato auroral mais frio fora do nosso sistema solar, com uma temperatura efetiva de cerca de 400 graus Fahrenheit (200 graus Celsius), cerca de 600 graus Fahrenheit mais quente que Júpiter.

No nosso sistema solar, o vento solar é o principal contribuinte para os processos aurorais, com luas ativas como Io e Encélado desempenhando um papel para planetas como Júpiter e Saturno, respetivamente. W1935 carece totalmente de uma estrela companheira, então um vento estelar não pode contribuir para o fenômeno. Ainda não se sabe se uma lua ativa poderá desempenhar um papel na emissão de metano em W1935.

“Com o W1935, temos agora uma extensão espetacular de um fenómeno do sistema solar sem qualquer irradiação estelar para ajudar na explicação”, observou Faherty. “Com Webb, podemos realmente 'abrir o capô' da química e desvendar o quão semelhante ou diferente o processo auroral pode ser além do nosso sistema solar”, acrescentou ela.

Fonte: webbtelescope.org