Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Astronomer måler vindhastigheden på en brun dværg

Kunstnerens opfattelse af en brun dværg og dens magnetfelt. Det magnetiske felt, forankret dybt i dets indre, roterer med en anden hastighed end toppen af ​​atmosfæren. Forskellen gjorde det muligt for astronomer at bestemme objektets vindhastighed. Kredit:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Astronomer har brugt National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) og NASA's Spitzer Space Telescope til at foretage den første måling af vindhastigheden på en brun dværg - et objekt mellem i massen mellem en planet og en stjerne.

Baseret på fakta kendt om kæmpeplaneterne Jupiter og Saturn i vores eget solsystem, et hold videnskabsmænd ledet af Katelyn Allers fra Bucknell University indså, at de muligvis kunne måle en brun dværgs vindhastighed ved at kombinere radioobservationer fra VLA og infrarøde observationer fra Spitzer.

"Da vi indså dette, vi var overraskede over, at ingen andre allerede havde gjort det, " sagde Allers.

Astronomerne studerede en brun dværg kaldet 2MASS J10475385+2124234, et objekt, der har nogenlunde samme størrelse som Jupiter, men omkring 40 gange mere massiv, omkring 34 lysår fra Jorden. Brune dværge, nogle gange kaldet "mislykkede stjerner, "er mere massive end planeter, men ikke massiv nok til at forårsage de termonukleare reaktioner i deres kerne, som driver stjerner.

"Vi bemærkede, at Jupiters rotationsperiode som bestemt af radioobservationer er forskellig fra rotationsperioden bestemt af observationer ved synlige og infrarøde bølgelængder, " sagde Allers.

Den forskel, hun forklarede, er fordi radioemissionen er forårsaget af elektroner, der interagerer med planetens magnetfelt, som er forankret dybt i planetens indre, mens den infrarøde emission kommer fra toppen af ​​atmosfæren. Atmosfæren roterer hurtigere end planetens indre, og den tilsvarende forskel i hastigheder skyldes atmosfæriske vinde.

brun dværg, venstre, og Jupiter, ret. Kunstnerens opfattelse af brun dværg illustrerer magnetfelt og atmosfæres top, som blev observeret ved forskellige bølgelængder for at bestemme vindhastigheder. Kredit:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

"Fordi vi forventer, at de samme mekanismer er på arbejde i den brune dværg, vi besluttede at måle dens rotationshastigheder med både radio- og infrarøde teleskoper, sagde Johanna Vos, fra American Museum of Natural History.

De observerede 2MASS J10475385+2124234 med Spitzer i 2017 og 2018, og fandt ud af, at dens infrarøde lysstyrke varierede regelmæssigt, sandsynligvis på grund af rotationen af ​​nogle langlivede træk i dens øvre atmosfære. Holdet foretog VLA-observationer i 2018 for at måle rotationsperioden for objektets indre.

Ligesom med Jupiter, de fandt ud af, at den brune dværgs atmosfære roterer hurtigere end dens indre, med en beregnet vindhastighed på omkring 1425 miles i timen. Dette er betydeligt hurtigere end Jupiters vindhastighed, omkring 230 mph.

"Dette stemmer overens med teori og simuleringer, der forudsiger højere vindhastigheder hos brune dværge, " sagde Allers.

Astronomerne sagde, at deres teknik kan bruges til at måle vinde ikke kun på andre brune dværge, men også på ekstrasolare planeter.

Animation illustrerer, hvordan måling af rotationshastigheden af ​​den brune dværgs magnetfelt og dens atmosfære gjorde det muligt for astronomer at beregne vindhastigheden. Kredit:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

"Fordi magnetfelterne på kæmpe exoplaneter er svagere end brune dværge, radiomålingerne skal udføres ved lavere frekvenser end dem, der bruges til 2MASS J10475385+2124234, sagde Peter Williams fra Center for Astrophysics, Harvard &Smithsonian, og American Astronomical Society.

"Vi er glade for, at vores metode nu kan bruges til at hjælpe os med bedre at forstå den atmosfæriske dynamik af brune dværge og ekstrasolare planeter, " sagde Allers.

Allers, Vos, og Williams, sammen med Beth Biller fra University of Edinburgh, rapporterede deres resultater i journalen Videnskab .