Groter dan planeten, maar lichter dan sterren, zijn bruine dwergen alomtegenwoordig in onze zonne-omgeving, met duizenden geïdentificeerd. Vorig jaar leidde Jackie Faherty, senior onderzoeker en senior onderwijsmanager bij het American Museum of Natural History, een team van onderzoekers die tijd kregen op JWST om twaalf bruine dwergen te onderzoeken.

Daartoe behoorde CWISEP J193518.59–154620.3 (of kortweg W1935) – een koude bruine dwerg op 47 lichtjaar afstand die mede werd ontdekt door Backyard Worlds:Planet 9, burgerwetenschapsvrijwilliger Dan Caselden en het NASA CatWISE-team. W1935 is een koude bruine dwerg met een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 400° Fahrenheit. De massa van W1935 is niet goed bekend, maar ligt waarschijnlijk tussen de zes en 35 keer de massa van Jupiter.

Na het bekijken van een aantal bruine dwergen die met JWST waren waargenomen, merkte het team van Faherty op dat W1935 er hetzelfde uitzag, maar met één opvallende uitzondering:het stootte methaan uit, iets dat nog nooit eerder bij een bruine dwerg is gezien.

“Methaangas wordt verwacht in reuzenplaneten en bruine dwergen, maar meestal zien we dat het licht absorbeert en niet gloeit”, zegt Faherty, de hoofdauteur van het onderzoek. "In eerste instantie waren we in de war over wat we zagen, maar uiteindelijk veranderde dat in pure opwinding bij de ontdekking."

Computermodellen leverden nog een verrassing op:de bruine dwerg heeft waarschijnlijk een temperatuurinversie, een fenomeen waarbij de atmosfeer warmer wordt naarmate de hoogte toeneemt. Temperatuurinversies kunnen gemakkelijk voorkomen bij planeten die rond sterren draaien, maar W1935 is geïsoleerd en heeft geen duidelijke externe warmtebron.

"We waren aangenaam geschokt toen het model duidelijk een temperatuurinversie voorspelde", zegt co-auteur Ben Burningham van de Universiteit van Hertfordshire. "Maar we moesten ook uitzoeken waar die extra hitte in de bovenste atmosfeer vandaan kwam."

Om dit te onderzoeken, wendden de onderzoekers zich tot ons zonnestelsel. In het bijzonder keken ze naar studies van Jupiter en Saturnus, die beide de uitstoot van methaan aantonen en temperatuurinversies hebben. De waarschijnlijke oorzaak voor dit verschijnsel bij reuzen in het zonnestelsel is aurorae. Daarom vermoedde het onderzoeksteam dat ze hetzelfde fenomeen in W1935 hadden ontdekt.

Planetaire wetenschappers weten dat een van de belangrijkste oorzaken van aurorae op Jupiter en Saturnus hoogenergetische deeltjes van de zon zijn die interageren met de magnetische velden en atmosferen van de planeten, waardoor de bovenste lagen worden verwarmd. Dit is ook de reden voor de aurorae die we op aarde zien, gewoonlijk het noorder- of zuiderlicht genoemd, omdat ze het meest bijzonder zijn nabij de polen. Maar zonder gastster voor W1935 kan een zonnewind niet bijdragen aan de verklaring.

Er is nog een verleidelijke reden voor de aurora in ons zonnestelsel. Zowel Jupiter als Saturnus hebben actieve manen die af en toe materiaal de ruimte in werpen, interactie hebben met de planeten en de poollichtvoetafdruk op die werelden vergroten. De maan van Jupiter, Io, is de meest vulkanisch actieve wereld in het zonnestelsel en spuugt lavafonteinen van tientallen kilometers hoog, en de maan van Saturnus, Enceladus, stoot waterdamp uit zijn geisers die tegelijkertijd bevriest en kookt wanneer deze de ruimte raakt.

Er zijn meer waarnemingen nodig, maar de onderzoekers speculeren dat een verklaring voor de aurora op W1935 een actieve, nog te ontdekken maan zou kunnen zijn.

"Elke keer dat een astronoom JWST op een object richt, is er een kans op een nieuwe, verbluffende ontdekking", zei Faherty. "De uitstoot van methaan stond niet op mijn radar toen we met dit project begonnen, maar nu we weten dat het er kan zijn en de verklaring ervoor zo verleidelijk is, ben ik er voortdurend naar op zoek. Dat maakt deel uit van de manier waarop de wetenschap vooruitgaat."

Meer informatie: Jacqueline Faherty et al, Methaanuitstoot door een koele bruine dwerg, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07190-w. www.nature.com/articles/s41586-024-07190-w

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door American Museum of Natural History