Webb encontra sinais de possíveis auroras numa anã castanha isolada

Recorrendo ao Telescópio Espacial James Webb da NASA, os astrónomos descobriram uma anã castanha (um objeto mais massivo do que Júpiter, mas mais pequeno do que uma estrela) com emissões infravermelhas de metano, provavelmente devido à energia na sua atmosfera superior. Esta é uma descoberta inesperada porque a anã castanha, W1935, é fria e não tem uma estrela hospedeira; por isso, não há uma fonte óbvia para a energia da atmosfera superior. A equipa especula que a emissão de metano pode ser devida a processos que geram auroras.

Estas descobertas foram apresentadas na 243.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Nova Orleães.

Para ajudar a explicar o mistério da emissão infravermelha do metano, a equipa voltou-se para o 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 relacionado com as auroras.

Na Terra, as auroras são criadas quando as partículas energéticas lançadas para o espaço pelo Sol são capturadas pelo campo magnético da Terra. Estas partículas caem em cascata na nossa atmosfera ao longo das linhas do campo magnético perto dos polos da Terra, colidindo com as moléculas de gás e criando misteriosas e dançantes cortinas de luz. 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 castanhas isoladas como W1935, a ausência de um 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 equipa supõe que processos internos não contabilizados, como os fenómenos 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 das auroras é como uma história de detetive. Uma equipa liderada por Jackie Faherty, astrónoma do Museu Americano de História Natural, em Nova Iorque, recebeu tempo de observação com o Webb e investigou 12 anãs castanhas frias. Entre elas estavam W1935 – um objeto que foi descoberto pelo cientista cidadão Dan Caselden, que trabalhou com o projeto Backyard Worlds da plataforma Zooniverse – e W2220, um objeto que foi descoberto usando o WISE (Wide Field Infrared Survey Explorer) da NASA. O Webb revelou em pormenor que W1935 e W2220 pareciam ser quase clones uma da outra em termos de composição. Também partilhavam características como brilho, temperaturas e espetros de água, amoníaco, monóxido de carbono e dióxido de carbono. A exceção notável era que W1935 mostrava emissão de metano, em oposição à característica de absorção prevista para W2220. Isto foi observado num comprimento de onda infravermelho distinto, ao qual o Webb é particularmente sensível.

“Esperávamos ver metano porque o metano está por todo o lado nestas anãs castanhas. Mas em vez de absorver a luz, vimos exatamente o contrário: o metano estava a brilhar. O meu primeiro pensamento foi: ‘O que se passa? Porque é que este objeto emite metano?'”, disse Faherty.

A equipa utilizou modelos de computador para inferir o que poderia estar por detrás da emissão. O trabalho de modelação mostrou que W2220 tinha uma distribuição de energia esperada em toda a atmosfera, arrefecendo com o aumento da altitude. W1935, por outro lado, teve um resultado surpreendente. O melhor modelo favorecia uma inversão de temperatura, em que a atmosfera ficava mais quente com o aumento da altitude. “Esta inversão de temperatura é realmente intrigante”, disse Ben Burningham, coautor da Universidade de Hertfordshire, em Inglaterra, e principal modelador do trabalho. “Já vimos este tipo de fenómeno em planetas com uma estrela próxima que pode aquecer a estratosfera, mas vê-lo num objeto sem uma fonte de calor externa óbvia é incrível.”

Pistas do nosso Sistema Solar

Para procurar pistas, a equipa olhou para o nosso próprio quintal, para os planetas do nosso Sistema Solar. Os planetas gigantes gasosos podem servir de indicadores para o que se vê a acontecer a mais de 40 anos-luz de distância na atmosfera de W1935.

A equipa apercebeu-se de 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 a partir de zonas mais profundas da atmosfera (sendo a primeira a principal explicação).

Candidatas a auroras, numa anã castanha, em contexto

Esta não é a primeira vez que uma aurora é usada para explicar uma observação numa anã castanha. Os astrónomos detetaram emissões de rádio provenientes de várias anãs castanhas mais quentes e invocaram as auroras como a explicação mais provável. Foram feitas pesquisas com telescópios terrestres, como o Observatório Keck, para encontrar assinaturas infravermelhas destas anãs castanhas emissoras de rádio a fim de melhor caracterizar o fenómeno, com resultados inconclusivos.

W1935 é a primeira candidata auroral fora do Sistema Solar com a assinatura da emissão de metano. É também a candidata auroral mais fria fora do nosso Sistema Solar, com uma temperatura efetiva de cerca de 200º Celsius, cerca de 300º C mais quente do que Júpiter.

No nosso Sistema Solar, o vento solar é o principal contribuinte para os processos aurorais, com luas ativas como Io e Encélado a desempenharem um papel em planetas como Júpiter e Saturno, respetivamente. W1935 não tem uma estrela companheira, pelo que o vento estelar não pode contribuir para o fenómeno. Ainda não se sabe se uma lua ativa poderá desempenhar um papel na emissão de metano em W1935.

“Com W1935, temos agora uma extensão espetacular de um fenómeno do Sistema Solar sem qualquer irradiação estelar a ajudar na explicação”. observou Faherty. “Com o Webb, podemos realmente ‘abrir o capô’ da química e desvendar o quão semelhante ou diferente o processo auroral pode ser para lá do nosso Sistema Solar”, concluiu.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)

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