Twinkelen, twinkelen, kleine ster, hoe ik me afvraag wat je bent. Astronomen hebben goede hoop dat het krachtige infraroodvermogen van NASA's James Webb-ruimtetelescoop een puzzel zal oplossen die net zo fundamenteel is als het sterrenkijken zelf - wat IS dat zwakke licht in de lucht? Bruine dwergen vertroebelen een duidelijk onderscheid tussen sterren en planeten, het gooien van gevestigde begrip van die lichamen, en theorieën over hun vorming, in vraag stellen.

Verschillende onderzoeksteams zullen Webb gebruiken om de mysterieuze aard van bruine dwergen te onderzoeken, op zoek naar inzicht in zowel stervorming als exoplaneetatmosferen, en het wazige gebied daartussen waar de bruine dwerg zelf bestaat. Eerder werk met Hubble, Spitzer, en ALMA hebben aangetoond dat bruine dwergen tot 70 keer zwaarder kunnen zijn dan gasreuzen zoals Jupiter, toch hebben ze niet genoeg massa voor hun kernen om nucleaire brandstof te verbranden en sterlicht uit te stralen. Hoewel bruine dwergen in de jaren zestig werden getheoretiseerd en in 1995 werden bevestigd, er is geen geaccepteerde verklaring voor hoe ze zich vormen:als een ster, door de samentrekking van gas, of als een planeet, door de aanwas van materiaal in een protoplanetaire schijf? Sommigen hebben een partnerrelatie met een ster, terwijl anderen alleen in de ruimte drijven.

Aan de Université de Montréal, Étienne Artigau leidt een team dat Webb zal gebruiken om een ​​specifieke bruine dwerg te bestuderen, gelabeld SIMP0136. Het is een lage massa, Jong, geïsoleerde bruine dwerg - een van de dichtst bij onze zon - die het allemaal fascinerend maken om te bestuderen, omdat het veel kenmerken van een planeet heeft zonder te dicht bij het verblindende licht van een ster te zijn. SIMP0136 was het voorwerp van een eerdere wetenschappelijke doorbraak door Artigau en zijn team, toen ze bewijs vonden dat het een bewolkte atmosfeer had. Hij en zijn collega's zullen de spectroscopische instrumenten van Webb gebruiken om meer te weten te komen over de chemische elementen en verbindingen in die wolken.

"Zeer nauwkeurige spectroscopische metingen zijn moeilijk te verkrijgen vanaf de grond in het infrarood vanwege de variabele absorptie in onze eigen atmosfeer, vandaar de behoefte aan ruimtegebaseerde infraroodobservatie. Ook, Webb stelt ons in staat om functies te onderzoeken, zoals wateropname, die met dit precisieniveau vanaf de grond onbereikbaar zijn, " legt Artigau uit.

Deze waarnemingen kunnen de basis leggen voor toekomstige verkenning van exoplaneten met Webb, inclusief welke werelden het leven zouden kunnen ondersteunen. De infraroodinstrumenten van Webb zullen in staat zijn om de soorten moleculen in de atmosferen van exoplaneten te detecteren door te zien welke elementen licht absorberen wanneer de planeet voor zijn ster passeert, een wetenschappelijke techniek die bekend staat als transit spectroscopie.

"De bruine dwerg SIMP0136 heeft dezelfde temperatuur als verschillende planeten die zullen worden waargenomen in transitspectroscopie met Webb, en het is bekend dat wolken dit soort metingen beïnvloeden; onze waarnemingen zullen ons helpen om wolkendekken in bruine dwergen en planeetatmosferen in het algemeen beter te begrijpen, ' zegt Artigau.

De zoektocht naar lage massa, geïsoleerde bruine dwergen was een van de vroege wetenschappelijke doelen die in de jaren negentig voor de Webb-telescoop werden gesteld, zegt astronoom Aleks Scholz van de Universiteit van St. Andrews. Bruine dwergen hebben een lagere massa dan sterren en "schijnen" niet, maar zenden slechts de vage nagloed van hun geboorte uit, en dus zijn ze het best te zien in infrarood licht, daarom zal Webb zo'n waardevol hulpmiddel zijn in dit onderzoek.

Scholz, die ook het project Substellar Objects in Near Young Clusters (SONYC) leidt, zal Webb's Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) gebruiken om NGC 1333 in het sterrenbeeld Perseus te bestuderen. NGC 1333 is een stellaire kraamkamer die ook een ongewoon hoog aantal bruine dwergen herbergt, sommige bevinden zich aan de zeer lage kant van het massabereik voor dergelijke objecten - met andere woorden, niet veel zwaarder dan Jupiter.

"In meer dan een decennium van zoeken, ons team heeft ontdekt dat het erg moeilijk is om bruine dwergen te lokaliseren die kleiner zijn dan vijf Jupiter-massa's - de massa waar ster- en planeetvorming elkaar overlappen. Dat is een klus voor de Webb-telescoop, "zegt Scholz. "Het is lang wachten op Webb geweest, maar we zijn erg enthousiast dat we de kans krijgen om nieuwe wegen in te slaan en mogelijk een geheel nieuw type planeten te ontdekken, ongebonden, zwervend door de Melkweg als sterren."

Beide projecten onder leiding van Scholz en Artigau maken gebruik van Guaranteed Time Observations (GTO's), observatietijd op de telescoop die wordt toegekend aan astronomen die jarenlang hebben gewerkt aan de voorbereiding van Webb's wetenschappelijke operaties.