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Y enano

Un objeto con un tipo espectral Y (también llamado enano Y ) es un enano marrón o un objeto de masa planetaria que flota libremente . Tienen temperaturas por debajo de los 500 Kelvin (227 °C; 440 °F) y son más fríos que los enanos T. [1] [2] Los enanos Y tienen un espectro similar en comparación con el planeta gigante Júpiter . [3]

Primeras teorías y descubrimientos

Imágenes del telescopio espacial James Webb que muestran el movimiento de WISE 0855-0714, la enana Y más fría

Cuando se definieron las clases espectrales de las enanas L y las enanas T, se mencionó que la letra Y estaba disponible para una clase espectral adicional. [4] A principios de la década de 2000 ya se teorizaba que deberían existir objetos "más allá de las enanas T" y que estos objetos llenarían el vacío entre las enanas T y los planetas gigantes del Sistema Solar . Se anticiparon observaciones y descubrimientos con WISE , Spitzer y el telescopio espacial James Webb . El modelado de tales objetos fríos predijo la desaparición de las características de sodio (Na D) y potasio (KI) alrededor de 500 K y la aparición de nubes de agua alrededor de 400-500 K. Se predijo que existirían nubes de amoníaco por debajo de alrededor de 160 K. [5] La formación de estas nubes se teorizó anteriormente en la clasificación de gigantes gaseosos de Sudarsky . [6]

Después de que se propusieran algunos candidatos en 2010 y 2011, [7] [8] [9] se descubrió una muestra más grande de enanas Y con WISE y se estableció el tipo espectral de enana Y, utilizando UGPS 0722-05 como el estándar T9 y WISE 1738+2732 como el estándar Y0. [1] [2] Un descubrimiento significativo fue el descubrimiento de WISE J0855−0714 , que sigue siendo la enana Y más fría y cercana descubierta. [10] Tiene una temperatura de 285 K (12 °C; 53 °F) y tiene el último tipo espectral de Y4. [11]

La clase Y

Espectro de WISE 0359−5401 con JWST, que muestra diferentes bandas de absorción molecular.

Una enana Y se caracteriza por sus bandas profundas de metano (CH 4 ) y vapor de agua (H 2 O), así como por un pico de banda J más estrecho que el estándar T9. El pico de banda J se hará más estrecho con un tipo espectral posterior a T8. Las primeras observaciones también mostraron evidencia de amoníaco (NH 3 ) en el espectro infrarrojo cercano. [1] [2] Las observaciones modernas con JWST detectan CH 4 , H 2 O, NH 3 , monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO 2 ) en la atmósfera de las enanas Y. La fosfina (PH 3 ) falta en la atmósfera, a pesar de que se predijo que estaría presente. [12] [13] Las observaciones con JWST mostraron que los modelos subestiman la abundancia de CO 2 y sobreestiman PH 3 para las enanas T e Y tardías. Las explicaciones propuestas para la falta de PH 3 son que se condensa en nubes de fosfato de dihidrógeno de amonio (NH 4 H 2 PO 4 ), una comprensión incompleta de la química del fósforo o una mezcla diferente de la atmósfera. La sobreabundancia de CO 2 se explica con una mejor comprensión de la química del CO 2 con respecto a la química del CO. [14] Las características de absorción de CH 4 , H 2 O y NH 3 se profundizan con una temperatura más baja. El pico de 5 μm no muestra tal correlación y, en cambio, muestra una gran diversidad. Esta región está influenciada por múltiples moléculas, incluidas CO y CO 2 , que varían mucho entre las fuentes. La razón de esta variación podría deberse a una gravedad superficial diferente o a diferencias en la metalicidad . [13] [15] Se observó que el CO 2 disminuía ligeramente de las enanas T a las enanas Y, pero no el CO. [15] El sulfuro de hidrógeno (H 2 S) se utiliza para mejorar los ajustes espectrales de las enanas T e Y. Actualmente, las únicas enanas Y con H 2 S detectado son WISE 1828+26 y WISE 0359−5401 . [16]

Atmósfera inferior más fría

Por lo general, las enanas marrones tienen un perfil de presión - temperatura (P-T) en forma adiabática , lo que significa que la presión y la temperatura aumentan con la profundidad. La espectroscopia y la fotometría del JWST sugieren que las enanas Y tienen perfiles P-T que no están en la forma adiabática estándar. Esto significa que las capas superiores de la atmósfera tienen una temperatura más cálida y las capas inferiores de la atmósfera tienen una temperatura más fría. Esto se explica por la rápida rotación de estos objetos aislados. La rápida rotación conduce a cambios dinámicos, térmicos y químicos, que alteran el transporte convectivo de calor desde la atmósfera inferior a la superior. Este perfil P-T diferente influye en la forma del espectro e influye en la composición de las moléculas que contienen carbono y nitrógeno en las atmósferas de las enanas Y. [17]

Nubes y variabilidad

Desde principios de los años 2000 se ha teorizado sobre la existencia de nubes de agua en las enanas Y. [6] [5] Sin embargo , es probable que las enanas Y también tengan nubes formadas por otros condensados, como sulfuros , cloruro de potasio (KCl) y posiblemente dihidrogenofosfato de amonio (NH4H2PO4 ) . Estas nubes existirían debajo de cualquier nube de agua para las enanas Y más frías. [ 18] Es probable que algunas enanas Y sean demasiado cálidas para formar nubes de agua, pero podrían tener otras nubes observables. [19] La primera enana Y variable descubierta fue WISE 1405+5534 (Y0) y su variabilidad se modela con un único punto brillante. [20] Otra enana Y variable es WISE 1738+2732 (Y0) y su variabilidad se explica con la ruptura de las nubes de KCl y sulfuro de sodio (Na2S ) en una cubierta de nubes irregular. [19] Se sospecha que WISE 0855−0714 (Y4) tiene nubes de hielo de agua , lo que debería producir grandes variaciones de amplitud. Muestra variaciones relativamente pequeñas de 4-5%, lo que podría significar que ambos hemisferios tienen una cobertura de nubes similar. [21]

Enanas Y peculiares

Aurora en CWISEP J1935-1546 detectada por su emisión de metano

Actualmente, solo existe el sufijo pec, que significa "peculiar" o inusual, para las enanas Y. Cualquier peculiaridad espectral se denota de esta manera, como el pico de la banda Y y el color YJ de WISE 1639−6847 (Y0pec), que es diferente de otras enanas Y. [22] En algunos casos, la peculiaridad se explica con una metalicidad no solar o una gravedad superficial inusual . Un ejemplo es CWISE J1055+5443 , para el cual los investigadores encuentran que los modelos de baja gravedad se ajustan mejor al espectro, probablemente debido a una edad joven. [23] Las observaciones del JWST encontraron dos enanas Y con características espectrales inusuales de las moléculas portadoras de carbono. CWISEP J1047+54 mostró CO y CO 2 anormalmente fuertes y CH4 probablemente más débil. [13] Se encontraron características de absorción de CO y CO 2 fuertes similares en WISE J1206+8401 . [15] WISE J0535−75 , por otro lado, no mostró CO 2 discernible y casi no detectó CO, pero también mostró una absorción de NH 3 más fuerte en comparación con las enanas Y con temperatura similar. [13] Otro descubrimiento espectral notable con JWST es la emisión de metano en CWISEP J1935-1546 , que se interpreta con la presencia de una aurora . [24] Una de las primeras subenanas de tipo Y sospechosas es WISEA J1534−1043 , que muestra un color azul inusual. Sin embargo, se requieren observaciones espectroscópicas para confirmar esta hipótesis. [25]

Exoplanetas y compañeros

Las masas estimadas para los enanos Y están entre 3 y 29 M J , pero más típicamente están por debajo de los 21 M J . Esto los hace similares a los exoplanetas masivos. [26] [27] [28]

Solo hay una enana Y confirmada que se mueve junto con una enana blanca , llamada WD 0806−661 B. [ 29] Aunque tiene masa planetaria, Rodríguez et al. sugieren que es poco probable que se haya formado de la misma manera que los planetas. [8] Además, existe la compañera T/Y Ross 19B , que orbita una estrella de secuencia principal. [30] Existe una pequeña muestra de exoplanetas (candidatos) con una temperatura inferior a 500 K, que podrían confirmarse espectroscópicamente como enanas Y en el futuro. Estos exoplanetas son Epsilon Indi Ab (275 K), [31] WD 1202–232b, WD 2105–82b (ambos de baja temperatura), [32] GALEX J071816.4+373139b (400 K), [33] y WD 0310–688b (248+84
−61K). [34]

Binarios

Se conocen sistemas binarios que consisten en una enana primaria T tardía y una enana secundaria Y desde el descubrimiento de CFBDS J1458+10 durante el descubrimiento temprano de las enanas Y. [9] Otros sistemas binarios de este tipo son WISEPC J1217+1626 [35] y WISE J0146+4234 . [36] El primer sistema binario Y+Y es WISE J0336−0143 , descubierto en 2023 con JWST. [37]

Descubrimientos individuales

Cronología de los descubrimientos de las estrellas enanas Y:

Referencias

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