- Autora: Natalia Lucía Oliveros Gómez
- Institución: Departamento de Física, Universidad Industrial de Santander, Buscaranga, Colombia.
- Etiquetas: Enanas Marrones, curvas de luz, telescopio espacial Hubble.
Natalia Lucía Oliveros Gómez es egresada del programa de Física de la Universidad Industrial de Santander (Colombia). Natalia Lucía realizó su investigación como parte del RECA Program Internship 2021 bajo la supervisión de la Dra. Elena Manjavacas Astrónoma ESA/AURA en Space Telescope Science Institute (Baltimore, EEUU). Los resultados preliminares de esta investigación se presentaron en el Simposio RECA Internship 2021.
Observar detalles en astros que están fuera de nuestro sistema solar es algo realmente complicado, por lo que se requieren muchas horas de observación en telescopios con características especiales. Sin embargo, en ocasiones, el ingenio y la ciencia podrían permitirnos ahorrar una gran cantidad de este tiempo. A continuación, explicamos un proyecto que busca crear un método para detectar enanas marrones tipo T, que sean variables y que se necesite menos tiempo de observación del que hace falta hasta el momento.
¿Qué son las enanas marrones?
Las enanas marrones son objetos con masas intermedias entre estrellas y planetas gigantes (entre 13-75 masas de júpiter). Su formación es similar a la de una estrella, pero durante su nacimiento no alcanzan la suficiente masa como para fusionar hidrógeno en sus núcleos, por lo tanto, su temperatura disminuye con el tiempo, cambiando su clasificación espectral, es decir, su composición química y características que esto deriva. Cada uno de sus espectros nos brinda información sobre la composición atmosférica de estos objetos, así como su gravedad superficial. Al igual que los planetas gigantes del Sistema Solar, las enanas marrones tienen nubes que se forman debido a la condensación de diferentes compuestos en sus atmósferas a diferentes profundidades atmosféricas.
Las enanas marrones y algunos planetas extrasolares gigantes comparten algunas características físicas, como su temperatura. Sin embargo, las enanas marrones se encuentran habitualmente aisladas, por lo que son más sencillas de estudiar. Esta comparación con los planetas gigantes es una de las razones por las que es importante estudiar y conocer detalladamente las atmósferas de las enanas marrones.
¿Qué información nos aporta la variabilidad de enanas marrones?
Las enanas marrones tienen nubes heterogéneas, a distintas alturas y temperaturas que tienen opacidades distintas, esto es, absorben más o menos luz. Esta estructura irregular causa variaciones en su magnitud, que son fáciles de observar gracias a sus periodos de rotación cortos (2 – 20 horas). Esta variabilidad puede detectarse en los espectros de estos objetos.
Con cada espectro es posible analizar la atmósfera de una enana marrón a distintas alturas, ya que cada banda del espectro tiene una profundidad óptica diferente. Igualmente, si se monitorea la variabilidad espectral con el tiempo, se puede determinar a qué profundidades atmosféricas se encuentran las diferentes capas de nubes de la enana marrón. Si bien la variabilidad espectral nos aporta información muy valiosa sobre las atmósferas de enanas marrones, no todas muestran un grado de variabilidad detectable. Dado que actualmente no hay otra alternativa que invertir muchas horas de telescopio en monitorear la variabilidad de estos objetos, es de gran interés identificar la variabilidad de manera indirecta en espectros individuales.
Nuestro proyecto
Nuestro proyecto consiste en diseñar un método para encontrar qué enanas marrones tipo T son variables a partir de un único espectro. Para esto, utilizamos espectros de dos enanas marrones, ROSS 458C y 2MASS J22282889−4310262 tomados por el Hubble Space Telescope y su instrumento Wide Field Camera 3, con el grisma G141, cobertura en longitud de onda de 1.10 a 1.70 micras (figura 1), que han sido previamente determinadas como variables.
De ROSS 458C (tipo espectral T8) se tienen 75 espectros que varían a largo de 10 hr, y de 2M2228 (tipo espectral T6.5) se tienen 40 espectros tomados a lo largo de 5 hr. Determinamos las variaciones de cada espectro sustrayendo respecto al espectro modelo, que es el espectro de la enana marrón cuando no muestra ninguna variabilidad. De esta manera identificamos las bandas del espectro en que la variabilidad es más prominente.
Para cuantificar la variabilidad en las diferentes bandas del espectro, se hace un ajuste lineal a esta sustracción (figura 1 inferior), que nos permite derivar unos parámetros a partir de los cuales podemos estimar el periodo de la variabilidad.
Calculamos los periodos de variación de estos parámetros de ajuste, para el caso de ROSS 458C obtenemos valores de 6,79 ±0,45 hr, 6,07 ±0,27 hr, y 6,62 ±0,32 hr, respectivamente, los cuales coinciden con el periodo de rotación del objeto, según la literatura, de 6,75 ±1,58 hr. Para 2M2228 se tienen periodos de 1,41 ±0,03 hr, 1,37±0,02 hr, y 1,39 ±0,03 hr, respectivamente, los cuales coinciden con el periodo de rotación de 1,41 ±0,01 hr según la literatura. Por tanto, concluimos que estas variaciones son intrínsecas al objeto.
Figura 2. Ejemplo de los índices espectrales para el objeto 2M2228, mostrando áreas de probabilidad de variabilidad con la diferencia de colores.
Dado que hemos cuantificado la variabilidad en los rangos del espectro que más cambian, el análisis anterior posibilita diseñar índices espectrales, los cuales permiten medir de manera objetiva cambios en diferentes longitudes de onda de un espectro. Para generarlos, inicialmente proponemos seleccionar 6 rangos del espectro en la banda H (1.65m) y en la banda J (1.25m), las cuales son regiones del espectro en infrarrojo cercano.
Esta investigación continúa el proceso de refinar el método de índices espectrales para que funcione de manera satisfactoria, por lo que el siguiente paso es aplicar el método a las enanas marrones tipo T que tengan espectros públicos para generar una lista de candidatas a ser variables. Prevemos que este método de identificación de enanas marrones variables tipo T ahorre cientos de horas de telescopio en el futuro, lo cual es muy valioso ya que estas no son fáciles de conseguir y además significan altas cantidades de recursos económicos.
Este articulo hace parte de una serie de entradas que muestran los resultados del los proyectos de investigacion realizados en el programa se pasantias de la red Colombiana de estudiantes en astronomia (RECA). Este program se llevo acabo entre Mayo y Agosto del 2021
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