Resuelven el enigma de la creación de las enanas marrones

¿El proceso de formación de una enana marrón es como el de un planeta o como el de una estrella? En un estudio reciente se ha buscado la respuesta a esta pregunta.

El estudio ha sido liderado por científicos del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Alemania, el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH) y el Centro de Astrobiología (CAB), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), en España estas tres últimas entidades.

Las enanas marrones son objetos con un tamaño comprendido entre el de un planeta gigante como Júpiter y el de una estrella pequeña. De hecho, la mayoría de los astrónomos clasificarían como enana marrón cualquier objeto con una masa comprendida entre 15 y 75 veces la de Júpiter. Dada esa gama de masas, estos objetos no son capaces de mantener la fusión nuclear, como en el caso de una estrella, lo que hace que sean considerados «estrellas fallidas».

Estas propiedades convierten a las enanas marrones en laboratorios idóneos para estudiar las atmósferas de exoplanetas gigantes en órbitas amplias, ya que ambos objetos comparten procesos físicos y químicos casi idénticos. “El estudio de los exoplanetas está plagado de problemas, ya que son aún más tenues y es extraordinariamente complicado eliminar la luz que proviene de la estrella central. Dado que las enanas marrones no orbitan, en general, alrededor de estrellas, investigarlas permite obtener detalles sobre su física y su química no accesibles en el caso de los exoplanetas”, subraya David Barrado, investigador del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) y primer autor de la investigación.

Los científicos, gracias a observaciones realizadas con el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio espacial James Web (JWST), han detectado en una enana marrón situada a 32,5 años luz de la Tierra, en la constelación de Lyra, una variante de una molécula: el amoniaco 15NH3. La detección de esta variante (donde alguno de los átomos de la molécula ha sido reemplazado por una variante menos común) ha permitido profundizar en la estructura de la atmósfera de la enana marrón, así como en su proceso de formación.

Los científicos han logrado extraer estas características físico-químicas empleando modelos teóricos complejos y han conseguido generar millones de modelos teóricos interactivos de manera directa. “En concreto, el estudio de la variante del amoniaco 15NH3 nos ha permitido confirmar que, como se esperaba, las enanas marrones se forman a partir de un mecanismo análogo al de las estrellas y nos abre una nueva ventana para entender los procesos físico-químicos presentes en planetas y objetos subestelares”, recalca Barrado.

Los investigadores que han participado en este estudio pertenecen a una gran colaboración internacional que ha construido el instrumento que realizó la detección del 15NH3. Juntos han sido capaces de extraer estas características físico-químicas, utilizando complejos modelos teóricos mediante la generación de millones de modelos teóricos interactivos, que fueron comparados con las observaciones.

«En particular, la abundancia de la variante de amoníaco 15NH3 nos ha permitido confirmar que, como era de esperar, las enanas marrones se forman por un mecanismo análogo al de las estrellas, ya que la enana marrón que estudiamos muestra un patrón de abundancia estelar», afirma Polychronis Patapis, colíder del equipo y miembro del ETH en Suiza.

Recreación artística de una enana marrón, con la atmósfera turbia de un planeta y la luz residual de una “casi estrella”. (Ilustración: NASA JPL / ESA)

Paul Mollière, investigador del MPIA, en Alemania, y también colíder del estudio, añade: «Los modelos utilizados en este trabajo nos han permitido inferir la temperatura atmosférica y la estructura composicional a partir del espectro, y fueron clave para retrotraer la concentración de 15NH3 atmosférico. Con la confirmación de que las concentraciones de las enanas marrones siguen los valores estelares, sabemos que tenemos a mano una herramienta probada que podemos aplicar a los planetas extrasolares, con el fin de restringir mejor sus procesos de formación”.

El estudio se titula “15NH3 in the atmosphere of a cool brown dwarf”. Y se ha publicado en la revista académica Nature. (Fuente: Alda Ólafsson / CSIC)