Bruna dvärgar - de inte-en-planet-och-inte-en-stjärna föremålen - är spännande känslor som är för låga i massan för att bränna väte, men är mer massiva än planeter. De avger bara en svag mängd ljus, så de är svåra att upptäcka, vilket gör forskare osäkra på hur många av dem som kan finnas där ute i vår galax.
Men astronomer har hållit ett öga på en viss brun dvärg känd som kallas WISE 0855. Bara 7,2 ljusår från Jorden, är det det kallaste kända föremålet utanför vårt solsystem och är bara knappt synligt med infraröda våglängder. Men med några listiga spektroskopiska observationsmetoder har astronomer nu fastställt att detta objekt har några spännande egenskaper: atmosfären är full av vattenånga moln. Det är första gången vattenmoln upptäcks utanför vårt solsystem.
"Det är fem gånger svagare än något annat objekt som upptäcks med markbaserad spektroskopi vid denna våglängd," sa Andrew Skemer, biträdande professor i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz och den första författaren på ett papper om WISE 0855 publicerat i Astrophysical Journal Letters ( papper finns på arXiv här). ”Nu när vi har ett spektrum kan vi verkligen börja tänka på vad som händer med det här objektet. Vårt spektrum visar att WISE 0855 domineras av vattenånga och moln, med ett övergripande utseende som påfallande liknar Jupiter. ”
Denna bruna dvärgs fulla namn är WISE J085510.83-071442.5, men vi är bland vänner, så det är W0855 för kort. Den har ungefär fem gånger massan av Jupiter och är den kallaste bruna dvärgen som någonsin har upptäckts, med en medeltemperatur på cirka 250 grader Kelvin, eller minus 10 grader F, minus 20 C. Det gör det nästan lika kallt som Jupiter, vilket är 130 grader Kelvin.
"WISE 0855 är vår första möjlighet att studera ett extrasolärt planetmassobjekt som är nästan lika kallt som våra egna gasjättar," sade Skemer.
Skemer och hans team använde Gemini-North-teleskopet på Hawaii och Gemini Near Infrared Spectrograph för att observera WISE 0855 under 13 nätter i totalt cirka 14 timmar. Skemer var en del av ett team som studerade detta objekt 2014 fann tentativa indikationer på vattnet moln baserat på mycket begränsade fotometriska data. Skemer sa att att få ett spektrum (som separerar ljuset från ett objekt i dess komponentvåglängder) var det enda sättet att upptäcka detta objekts molekylkomposition.
En video om upptäckten och studien av WISE 0855 2014:
WISE 0855 är för svag för konventionell spektroskopi vid optiska eller nära infraröda våglängder, men teamet tog en utmaning och tittade på de termiska emissionerna från objektet med våglängder i ett smalt fönster runt 5 mikron.
"Jag tror att alla i forskarteamet verkligen trodde att vi drömde att tro att vi kunde få ett spektrum av denna bruna dvärg eftersom dess termiska glöd är så svag," sade Skemer. WISE 0855, är så cool och svag att många astronomer trodde det skulle gå år innan ett spektrum kunde erhållas. "Jag trodde att vi skulle behöva vänta tills James Webb Space Telescope fungerade för att göra detta," sade Skemer.
Denna spektroskopiska vy gav en glimt av miljön i WISE 0855s atmosfär. Med uppgifterna i handen utvecklade forskarna sedan atmosfäriska modeller av jämviktskemi för en brun dvärg vid 250 grader Kelvin och beräknade de resulterande spektra under olika antaganden, inklusive molniga och molnfria modeller. Modellerna förutspådde ett spektrum som dominerades av funktioner som härrör från vattenånga, och den molniga modellen gav den bästa passformen till funktionerna i spektrumet i WISE 0855.
Medan spektra för detta objekt påfallande liknar Jupiter, verkar WISE 0855 ha en mindre turbulent atmosfär.
"Spektrumet tillåter oss att undersöka dynamiska och kemiska egenskaper som länge har studerats i Jupiters atmosfär, men den här gången på en extrasolar värld," sade Skemer.
Forskarna säger att WISE 0855 ser mer ut som Jupiter än någon exoplanet som hittills upptäckts, vilket är särskilt spännande eftersom Juno-uppdraget just har börjat sin utforskning i jättevärlden. Jupiter, tillsammans med de andra gasplaneterna i vårt solsystem, har alla moln och stormar, även om Jupiters moln huvudsakligen är gjorda av ammoniak med moln på lägre nivå kanske innehåller vatten. Ett av Junos mål är att bestämma det globala vattenöverskottet på Jupiter.
Källor: UC Santa Cruz, Tvillingarna
