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“.
