Le nane brune che popolano l'universo, oggetti che nascono come stelle ma non riescono a diventarlo

Quando in una nube di gas interstellare si innesca il collasso gravitazionale, è nel nucleo che si gioca il destino di ciò che ne risulterà: stella, nana bruna o pianeta gassoso.

Il nostro Universo, ma più vicino a noi la nostra stessa Galassia, è popolato di nubi giganti di gas molecolare molto freddo.

Dicevamo che quando una perturbazione, generalmente proveniente dall’esterno della nube (ad esempio l’onda d’urto prodotta dall’esplosione di una supernova), innesca il collasso, la nube si frammenta e ogni frammento precipita su se stesso per effetto della gravità in caduta libera, cioè senza nulla che ne ostacoli la caduta.

Col procedere del collasso la densità e la temperatura nel nucleo di questo frammento, che via via diventa sempre più compatto, aumentano. E’ la temperatura massima che si raggiunge nel nucleo che deciderà la sorte del frammento, cioè se diventerà una stella, una nana bruna o addirittura un pianeta gassoso.

Nel nucleo si gioca la sorte tra stella o nana bruna

Infatti, quando la temperatura del nucleo raggiunge circa il milione di gradi Kelvin, inizia la fusione termonucleare (il bruciamento) del deuterio (atomo di idrogeno che oltre al protone contiene un neutrone). Il bruciamento del deuterio inizia ad aumentare ulteriormente la temperatura ma anche la pressione del gas che inizia a rallentare il collasso.

Se la massa iniziale del frammento è sufficientemente grande (sono sufficienti almeno 8 centesimi di massa solare) la temperatura aumenta fino ai 3 milioni di gradi ed inizia il bruciamento dell'idrogeno. Questo segna ufficialmente la nascita della stella.

Se invece la massa è inferiore a 0.08 masse solari circa, il collasso del frammento di nube si conclude con la formazione di una nana bruna. Infatti, la temperatura del nucleo rimarrà sufficiente a bruciare ed esaurire il solo deuterio, senza mai arrivare a bruciare l’idrogeno, il vero combustibile che assicura alla stella di brillare dai milioni ai miliardi di anni.

La nana bruna non splendendo di luce, per questo motivo chiamata bruna, avrà la stessa forma sferica di una stella ma rimarrà un oggetto tiepido destinato a diventare sempre più freddo.

Recenti studi indicano che a masse ancora più basse, più basse di quelle delle nane brune, si possano formare addirittura dei pianeti gassosi, completamente privi di sorgente interna di energia.

Tuttavia, il luogo privilegiato per la formazione dei pianeti, siano essi gassosi o rocciosi, rimane il disco protoplanetario che circonda la neo stella per alcuni milioni di anni, prima di dissolversi completamente o lasciare un disco di frammenti rocciosi (il debris disc).

Si stima che le nane brune rappresentino circa tra il 15% e il 25% dell’intera popolazione stellare, quindi una componente di assoluto rispetto nell’Universo.

L’essere di dimensioni piccole e poco luminose le rende molto difficili da scoprire. Tuttavia, grazie alle osservazioni nella banda infrarossa, cioè la banda in cui questi corpi splendono di più, è stato possibile trovarne, studiare e comprendere sempre meglio la loro natura.

Infatti, a fronte dell'elevata percentuale di nane brune, parliamo di milioni nella nostra Galassia, ne sono state scoperte circa 3000.

Fondamentale è stato e continua ad essere il contributo del telescopio spaziale James Webb nello scoprire nuove nane brune, anche a grandi distanze.

Oggetti a dir poco interessanti

C'è ancora molto da scoprire sulle nane brune e le sorprese non mancano.

Nella nebulosa a riflessione IC 348 a circa 1000 anni luce dalla Terra, il telescopio spaziale James Webb ha individuato tre nane brune, di cui una assolutamente unica: si tratta della nana bruna più piccola mai osservata, con una massa addirittura inferiore a quella dei pianeti gassosi più massicci ad oggi conosciuti.

Sono state scoperte sempre da James Webb ben 68 nane brune ai confini della nostra Galassia a circa 16000 anni luce dalla Terra. Per inciso, inizialmente si pensava fossero galassie molto lontane e quindi deboli di luminosità e molto arrossate, invece un’analisi successiva ne ha svelato la natura di nane brune.

Sono state scoperte sempre da James Webb nane brune extragalattiche e precisamente nell’ammasso stellare NGC602 nella Piccola Nube di Magellano.

Ad oggi la nana bruna denominata W1935 rimane la più interessante in quanto James Webb ha osservato su di essa un’aurora polare, simile a quelle osservate sui pianeti del sistema solare, ma che “non dovrebbe esistere”.

Infatti, affinché ci sia un’aurora serve il vento solare che interagisca col campo magnetico della nana bruna. La W1935 tuttavia è isolata e si trova a 47 anni luce di distanza dal Sole, cioè troppo lontana perché possa essere investita dal vento solare. Rimane ancora misteriosa l'origine di questa aurora.

Via via che di nane brune se ne andranno scoprendo la casistica di peculiarità e curiosità potrà solo crescere.