Aficionados en busca de estrellas fallidas

No todos los cuerpos celestes masivos llegan a ser una estrella. Las Enanas Marrones , por ejemplo, han fracasado en su intento. Estos objetos tienen masas por debajo de la cantidad necesaria para alcanzar la presión y la temperatura lo suficientemente altas como para “transformar hidrógeno en helio en sus núcleos y así ganar la clasificación “estrella”  . No hace mucho,  que  sabemos de su existencia. Estos objetos fueron propuestos en 1960 por el Dr. Shiv S. Kumar , pero el primero se observó muchos años después, en 1988 – y  ni siquiera estamos seguros si era de hecho una enana marrón! Sólo hemos llegado a un número sustancial de las enanas marrones conocidas con el advenimiento de los estudios del cielo en el infrarrojo, tales como “The Two Micron All Sky Survey  (2MASS)” y el  Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE).

La relación entre el tamaño y la temperatura en el punto donde las estrellas terminan y comienzan las Enanas Marrones. Crédito: P. Marenfeld y NOAO / AURA / NSF. Más información.

El descubrimiento y caracterización de enanas marrones frías en la vecindad solar es uno de los objetivos científicos principales de WISE. Hay dos maneras de hacerlo: 1) la identificación de los objetos con los colores de las enanas marrones frías; 2) la identificación de objetos con un  significativo movimiento propio . Las enanas marrones son objetos relativamente débiles, por lo que necesitan estar cerca para ser detectados. Podemos detectar el movimiento de estos objetos cercanos contra las estrellas de fondo, que son tan distantes que parecen estar fijas en el cielo. Este movimiento se denomina movimiento propio . Como la relación señal-ruido no es muy buena para tales objetos débiles, el segundo método es el preferido. Sin embargo, la exposición con que son tomadas las imágenes de  WISE no son lo suficientemente profundas para encontrar a la mayoría de las enanas marrones. Aquí es donde entra el trabajo (paper) al que hoy nos referimos. Los autores han puesto en marcha un proyecto de Ciencia Ciudadana  llamado “Backyard Worlds: Planet 9” para buscar objetos con mucho movimiento propio, incluyendo las enanas marrones y posibles planetas que orbitan más allá de Plutón , co- agregando imágenes de WISE. Co-agregar imágenes es simplemente hacer la suma de las imágenes de exposiciones individuales teniendo en cuenta las correcciones debidas a posibles cambios entre ellas. Esto aumenta la relación señal-ruido y ayuda a detectar objetos débiles. En el paper (trabajo) de hoy, se informa el primer descubrimiento del proyecto: una nueva enana marrón en la vecindad solar, que se identificó sólo seis días después de que se puso en marcha el proyecto!

Ciencia ciudadana: un enfoque prometedor

La idea detrás de la ciencia ciudadana es involucrar a numerosos voluntarios para abordar problemas de investigación que de otro modo sería poco práctico o incluso imposible de lograr. La comunidad Zooniverse  alberga una gran cantidad de este tipo de proyectos, en disciplinas que van desde la Ciencia del Clima a la Historia. Los proyectos de ciencia ciudadana han dado lugar a algunos descubrimientos notables en Astronomía, como KIC 8462852 (también conocida como “Estrella de Tabby”, “estrella de Boyajian” o “estrella WTF”).

En “Backyard Worlds: Planet 9”, se les pide a los voluntarios que examinen animaciones cortas compuestas de “imágenes de diferencia” construidas a partir de imágenes de WISE co-añadidas resueltas en el tiempo . Las “imágenes de diferencia” se obtienen restando la mediana de dos imágenes subsiguientes de la imagen a analizar. De esta manera, si un objeto no se mueve de manera significativa,  va a desaparecer de la imagen analizada al hacer la resta, dejando sólo los objetos en movimiento a detectar. Las imágenes también se dividen en mosaicos bastante pequeños para ser analizadas en una pantalla de ordenador portátil o teléfono celular. La tarea de clasificación consiste en la visualización de una animación, que se compone de cuatro imágenes, y la identificación de candidatos para dos tipos de objetos en movimiento: “mudantes” y “dipolos”. Los mudantes son fuentes que se están moviendo rápidamente , que viajan más de su ancho aparente  a lo largo de la línea de base de 4,5 años de WISE. Los dipolos son las fuentes que viajan con movimiento más lento y se desplazan menos que su anchura aparente, por lo que habrá una imagen negativa justo al lado de una imagen positiva, ya que la sustracción de flujo del objeto sólo será parcial. Se proporciona un tutorial en línea para mostrar cómo identificar tales objetos y distinguirlos de otros tales como estrellas o galaxias , y los rayos cósmicos, parcialmente restados.

 El “flipbook” en el que los “ciudadanos científicos” (aficionados) identificaron la nueva enana marrón, que se muestra en el interior del círculo rojo. Crédito: NASA.

 

El descubrimiento: WISEA 1101 + 5400

Figura 1: Dos imágenes de co-añadido de datos WISE separadas por 5 años que muestran cómo WISEA 1101 + 5400 se ha movido. La región que se muestra es 2,0” x 1,6” . [Figura 2 del paper].

Cinco usuarios informaron de un dipolo en un conjunto de imágenes, que se puede ver aquí , el primer informe tuvo lugar sólo seis días después de que se puso en marcha el proyecto. El objeto, llamado WISEA 1101 + 5400, se puede ver en la Figura 1. Esta fuente sería indetectable en imágenes individuales de exposición, mientras que en estas imágenes resultado del proceso de co-añadido  es visible y, obviamente, en movimiento. Fueron utilizados 9 espectros de seguimiento que se obtuvieron utilizando el espectrógrafo SpeX en el  Telescopio Infrarrojo de la NASA (IRTF) de 3 metros . El espectro promedio se muestra en la Figura 2. Ambos, los colores del objeto y los espectros obtenidos son consistentes con un campo T enano , un tipo de enana marrón.

Figura 2: En negro, el espectro para WISEA 1101 + 5400. Una enana marrón, campo T5.5, SDSS J0325 + 0425, se muestra en rojo para la comparación. Se indican las fuentes de opacidad atómicas y moleculares que definen la clase espectral T de la enana. [Figura 3 del paper].

Suponiendo que WISEA 1101 + 5400 es el peor de los casos, es decir,  un objeto tan débil que está casi en el límite de lo que este procedimiento es  capaz de detectar y con un movimiento propio mínimo detectable, los autores estiman que el proyecto “Backyard Worlds: Planet 9” tiene el potencial de descubrir cerca de unas cien nuevas enanas marrones. Si WISEA 1101 + 5400 no es el peor de los casos y es posible detectar  objetos aún más débiles o con un menor movimiento propio , este número podría subir.

 Aunque el descubrimiento de sólo una enana marrón  no parezca digno de celebración, este descubrimiento demuestra la capacidad de los ciudadanos científicos (los aficionados)  para identificar objetos que se mueven y mucho más débiles que el límite de WISE en una sóla exposición. Es una prueba más de que la ciencia podría utilizar la ayuda de los aficionados. Así que si usted no está haciendo nada ahora, ¿por qué no tomar su selección en https://www.zooniverse.org/ y ayudar a un científico?

 

Fuente: Astrobites.  Artículo original: “Citizen scientists in search of failed stars“, Ingrid Pelisoli | May 29, 2017 . Comentario del trabajo: “The First Brown Dwarf Discovered by the Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project“, Marc J. Kuchner, Jacqueline K. Faherty, Adam C. Schneider et al.,  NASA Goddard Space Flight Center, Exoplanets and Stellar Astrophysics Laboratory.

Otras presentaciones de la noticia:

NASA-funded Website Lets Public Search for New Nearby Worlds, NASA.

Citizen Scientists Uncover a Cold New World Near the Sun, American Museum of Natural History (AMNH), June 2, 2017.

Material relacionado:

• Enanas Marrones, Biblioteca Pléyades,  Andy Lloyd.

• Las Enanas Marrones y los Planetas Aislados: Quince años de un descubrimiento. – IX Reunión Científica de la SEA, Madrid, Víctor Javier Sánchez  Béjar, IAC – 17 de Septiembre, 2010.

• The Discovery of Brown Dwarfs, Gibor Basri, Astro Berkeley.

• Subenanas ultra frías o la frontera entre las estrellas y las enanas marrones, Consolider – Ingenio, GTC, 2007.

• A Star at the Edge of Eternity, Scientific American, by Ken Croswell on January 10, 2014. Sobre el hallazgo de la enana roja más fría conocida hasta el 2014. Trabajo relacionado: Characterization of the Stellar / Substellar Boundary. Dissertation by Sergio Bonucci Dieterich, under the direction of Todd J. Henry.

• Astronomy Magazine – May2015: Mysterious Brown Dwarfs. Edición de la revista Astronomy con un capítulo dedicado a las Enanas Marrones.

• ¿Cuál es la temperatura más baja que puede alcanzar una estrella o enana marrón?,  Madrid+d – CBE, David Barrado Navascués, 6 junio, 2007.

• Nuestros desconocidos vecinos, las enanas marrones ultrafrías,  Madrid+d – CBE, por  David Barrado Navascués, 5 de Abril, 2010.

• La pareja de enanas marrones más frías, ESO, 23 de Marzo de 2011.

• Incluso las enanas marrones podrían dar a luz planetas rocosos, ESO, 30 de Noviembre de 2012. 

• Brown Dwarf Planets and Habitability. – Centaury Dreams –  Paul Gilster, June 21, 2010.

• First Planet Discovered Orbiting a Brown Dwarf, – MIT Technology Review – July 29, 2013

• La Enana ultra fría y los siete planetas. Mundos templados similares a la Tierra en un sistema planetario extraordinariamente rico. ESO, 22 de Febrero, 2017.

• SETI Institute observes Trappist-1, the Star with many Earth-like planets, SETI Institute, by G.R. Harp Director, SETI Research, April 06, 2017.

• Tres mundos potencialmente habitables hallados alrededor de una estrella enana ultrafría cercana. Actualmente es el mejor lugar para buscar vida más allá del Sistema Solar. ESO, 2 de Mayo, 2017. 

   NASA’s Spitzer and WISE Telescopes Find Close, Cold Neighbor of Sun. NASA – Spitzer, April 25, 2014.

• Las amistades peligrosas: el sistema binario SDSS J143317.78+101123.3, Astrobitos, Juan V. Hernández Santisteban et al., 7 de Junio, 2016.

• Punching Above Its Weight, a Brown Dwarf Launches a Parsec-Scale Jet, National Optical Astronomy Observatory (NOAO),  May 17, 2017.

• Astrophysical Weather: Finding the Clouds on nearby Brown Dwarfs,  Astrobites. Elisabeth Matthews, May 11, 2016.

• Powerful Auroras Found at Brown Dwarf, NASA, July 31, 2015.

• Cold Brown Dwarfs,  Astrobites, Korey Haynes, Oct 10, 2014.

• NASA Space Telescopes Pinpoint Elusive Brown Dwarf, NASA – Nov. 10, 2016

• Astronomers identify purest, most massive brown dwarf. – Royal Astronomical Society,   Dr ZengHua Zhang of the IAC – March 24 , 2017.

• Planet or Brown Dwarf? How to Measure the Mass of a Companion You Can’t See, Astrobites,  Erika Nesvold , Jun 27, 2013.

• ¿Dónde se encuentran los abuelos del Sol?, Astrobitos,  Ingrid Pelisoli, Apr 6, 2016.

• Brown dwarfs: At last filling the gap between stars and planets – Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Ben Zuckerman, Feb. 1, 2000.

• Brown Dwarfs and Extrasolar Planets. – University of Hertfordshire, – Pinfield, Jones, Lucas, Hough

• Brown Dwarfs and ultracool dwarfs (late-M, L, T, Y), Depto.  de Física de la Tierra, Astronomía y Astrofísica, Universidad Complutense de Madrid (UCM), David Montes.

• The Formation of Stars and Brown Dwarfs and the Truncation of Protoplanetary Discs in a Star Cluster, Dept. of Astrophysics, University of Exeter–Matthew R. Bate, Ian A. Bonnell, and Volker Bromm. Ver video.

 

Artículos en las revistas:

• Sky&Telescope.

• Astronomy Magazine.

• Astrobiology Magazine.

• Scientific American. (Disponible en Timbó).

• Sky at Night.

• Astronomy Now.

• Nature. (Disponible en Timbó).

• Science.

 

Libros:

• 50 Years of Brown Dwarfs. From Prediction to Discovery to Forefront of Research. Editor: Viki Joergens. Astrophysics and Space Science Library, Springer, 2014. Es el libro de referencia . Disponible en Timbó.

• Brown dwarfs – Book Chapter of: New Light on Dark Stars. Red Dwarfs, Low-Mass Stars, Brown Dwarfs –  Neil Reid, Suzanne Hawley – Springer Praxis Books, 2005.

• Very Low-Mass Stars and Brown Dwarfs, Rafael Rebolo, Maria Rosa Zapatero-Osorio, Cambridge University Press, 2000.

 

Proyectos de Sondeo actuales y futuros:

• 2MASS (2 Micron All Sky Survey) University of Massachusetts

•  2MASS (2 Micron All Sky Survey) IPAC

•  DENIS (Deep Near Infrared Survey) CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris

•  SDSS, Sloan Digital Sky Survey

•  Spitzer Space telescope

•  CFHTLS (Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey)

•  UKIDSS The UKIRT Infrared Deep Sky Survey

 

Videos:

• María Teresa y La Enana Marrón, Centro de Astrofísica CATA,  María Teresa Ruiz, 24 de Marzo, 2014. (Ver detalles de la filmación).

• Brown Dwarfs and Free Floating Planets: When You are Just Too Small to be a Star, Silicon Valley Astronomy Lecture Series (SVA), Dr. Gibor Basri, University of California, Berkeley, Apr. 17, 2013.

•  “To Be or Not to Be (a Planet): Brown Dwarfs at the Exoplanet Mass Boundary” – Carnegie DTM Weekly Seminar Series, Dr. Jackie Faherty, June 24, 2014.

• Free Floating Planetary Mass Objects – SETI  Institute Talks – Dr. Mary Barsony , Feb. 5, 2013.

• Atmospheres of Brown Dwarfs and Exoplanets – SETI  Institute Talks – Dr. Mark Marley, July 8, 2010.

• The Search for Cool Brown Dwarfs with WISE, Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) Fall Colloquium Series,  Dr. Michael C. Cushing (University of Toledo),Nov. 20, 2014.

• The Brown Dwarf Kinematics Project: Meet our Cool Planet-Like Neighbors, Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) Fall Colloquium Series, Jackie Faherty (Carnegie DTM),  May 21, 2015.

• FIRE & Ice: The Discovery and Astrophysical Implications of Room-Temperature Brown Dwarfs, University of California, San Diego (UCSD), Dr. Adam Burgasser, April 11, 2013.

• Physics 91 Talk on Brown Dwarfs, University of California, San Diego (UCSD), Dr. Adam Burgasser, Oct. 28, 2013.

•  Formation of brown dwarfs vs giant planets   Gilles Chabrier , University of Exeter, August 9, 2013. 

• “La Receta Astronómica: Cómo Hacer una Estrella” Charla Pública, Universidad Diego Portales (UDP),  Kora Muzic, 18 de Agosto, 2016.

• Colonizing Brown Dwarfs and Orphan Planets, Second Tennessee Valley Interstellar Workshop, Huntsville, Alabama, Dr. Kenneth Roy, The Ultimax Group, February 4, 2013,