En utilisant des données recueillies par le télescope Gemini South Gemini de NSF et le télescope spatial NASA / ESA / CSA James Webb, les astronomes ont détecté des signatures de méthane (CH4), eau (h2O) et silane (sih4) Gas sur le nain brun froid Wisea J153429.75-104303.3 (W1534 pour faire court). Bien que le silane devrait servir de réservoir clé pour l’élément de nuage silicium dans les mondes géants du gaz, il est resté non détecté jusqu’à présent car il est retiré des atmosphères observables par la formation de nuages de silicate en profondeur.
Surnommé l’accident, W1534 est situé à environ 50 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Balance.
Ce nain brun s’est probablement formé il y a 10 à 12 milliards d’années, ce qui en fait l’un des plus anciens nains bruns jamais découverts.
L’objet a été repéré pour la première fois en 2020 par un scientifique citoyen participant au projet de science des mondes d’arrière-cour: Planet 9 Citizen.
Son profil léger étrange a piqué l’intérêt des astronomes, ils se sont donc tournés vers deux des télescopes basés au sol et spatiaux les plus puissants au monde pour regarder dans son atmosphère et mieux comprendre sa nature et sa composition.
L’enquête a commencé avec l’astronome de NSF Sandy Leggett obtenant des images proche infrarouge de W1534 en utilisant le télescope sud Gémeaux au Chili, la moitié de l’observatoire international des Gémeaux.
Cela a jeté les bases pour des enquêtes plus approfondies, dirigés par l’astronome de Noirab, Aaron Meisner, à l’aide de Webb.
« W1534 est extrêmement faible, et Gemini South reste le seul télescope au sol qui a jusqu’à présent pu le détecter », a déclaré le Dr Meisner.
«La détection des Gémeaux a préparé le terrain pour les observations avec Webb en nous permettant d’estimer le temps d’exposition dont nous aurions besoin pour sonder les couches atmosphériques profondes de cet objet énigmatique et obtenir des données proches infrarouges utiles sur sa composition.»
Dans l’atmosphère de W1534, l’équipe a trouvé une signature concluante du silane chimique – le silicium lié à quatre atomes d’hydrogène.
Les scientifiques planétaires prédisaient depuis longtemps que cette molécule existe dans les géants du gaz et qu’elle joue un rôle important dans la formation de nuages dans leurs atmosphères.
Malgré des décennies de recherche, il a échappé à la détection dans les atmosphères des géants du gaz de notre système solaire, Jupiter et Saturne, ainsi que les milliers d’atmosphères que les scientifiques ont étudié sur les nains bruns et les géants du gaz autour d’autres étoiles.
Cela marque la première découverte de silane dans tout objet nain brun, exoplanet ou système solaire.
Le fait que cette molécule n’a été détectée nulle part, sauf dans un seul nain brun particulier, suggère quelque chose sur la chimie se produisant dans de tels environnements anciens.
« Parfois, ce sont les objets extrêmes qui nous aident à comprendre ce qui se passe dans les moyens », a déclaré le Dr Jackie Faherty, chercheur à l’American Museum of Natural History.
La présence de silane dans l’atmosphère de W153 suggère que, dans des objets très anciens, le silicium peut se lier à l’hydrogène pour former une molécule légère qui peut atteindre les couches supérieures de l’atmosphère d’un géant du gaz.
Mais dans les objets qui se sont formés plus récemment, comme Jupiter et Saturne, le silicium se lie à l’oxygène plus facilement disponible, créant des molécules plus lourdes qui coulent profondément sous les couches de surface de l’atmosphère, où elles sont indétectables par nos télescopes.
Les preuves découvertes dans l’atmosphère de W153 confirment la compréhension des astronomes de la façon dont les nuages sur les géants du gaz se forment et offre un aperçu critique de la façon dont la formation primordiale peut avoir un impact sur la composition de l’atmosphère d’une planète.
De plus, il révèle comment un monde formé il y a des milliards d’années peut être radicalement différent d’un monde formé à l’aube de notre système solaire.
«La formation et la détection du silane démontrent des relations couplées clés entre la composition, la formation des nuages et le mélange atmosphérique dans le nain brun froid et les atmosphères planétaires», ont conclu les auteurs.
