Ancor più leggere dei pianeti, le nane brune recentemente scoperte dal telescopio James Webb
Stelle o pianeti? Questo il dilemma davanti al quale si sono trovati gli astronomi di un team internazionale alla scoperta di stelle nane brune ancor più leggere dei pianeti gassosi più massicci. Un risultato inaspettato che apre sia nuovi sviluppi nella teoria della formazione stellare ma anche nuove opportunità per la scienza degli esopianeti.
La popolazione delle stelle è caratterizzata da un ampio intervallo di masse, si va da stelle con masse decine di volte la massa del Sole giù fino a stelle con appena pochi decimi della massa del Sole. Il Sole a motivo della sua massa viene considerato una stella nana gialla, ma ci sono anche le nane rosse, con masse di alcuni decimi della massa solare e giù in fondo alla lista le cosiddette nane brune.
Le nane brune
Le nane brune vengono definite anche “stelle mancate”, cioè durante il loro processo di formazione non sono riuscite a raggiungere nel loro nucleo temperature sufficientemente elevate da innescare le reazioni di fusione termonucleare di idrogeno in elio. Tuttavia, sono riuscite ad innescare temporaneamente il bruciamento del deuterio (un isotopo dell’idrogeno il cui nucleo è costituito da un protone ed un neutrone). Si tratta quindi di oggetti molto poco brillanti (da cui l'aggettivo brune) il cui destino è un lento raffreddamento, partendo da temperature superficiali generalmente prossime o inferiori ai 1000 gradi Kelvin.
Il confine tra stelle e nane brune non è ben definito, oltre alla massa può giocare un ruolo nell’innesco o meno anche la metallicità. Questi oggetti sono ancora oggi oggetto di studio e, come vedremo, il loro studio ha recentemente portato ad una scoperta inaspettata.
Cosa è stato scoperto
Un team di astronomi, impegnato nello studio delle nane brune, ha pensato di cercare nuove nane brune in un ammasso in cui è il corso la formazione di stelle per lo più di piccola massa. Si tratta dell’ammasso stellare IC 348, esattamente una nebulosa a riflessione.
La sua luminosità è dovuta alla presenza di stelle molto brillanti all’interno della stessa nebulosa la cui luce viene riflessa dall’abbondante gas interstellare.
Per cercare nuove nane brune, il team guidato da Caterina Alves de Oliveira, scienziata dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea), ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb (JWST). Questo telescopio grazie alle elevatissime capacità di risoluzione spaziale e grazie alla sua camera NIRCam che, osservando nel vicino infrarosso, riesce a penetrare attraverso le polveri presenti nella nebulosa, è lo strumento ideale per la caccia alle nane brune.
E le aspettative non sono state affatto deluse!
Dall’analisi delle immagini raccolte da JWST, i ricercatori sono riusciti ad individuare 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. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal a prima firma di K. L. Luhman.
Complicazioni ma anche opportunità
Fino ad ora non si pensava che il noto meccanismo di formazione stellare, il collasso di una nube sotto l’azione della propria gravità, potesse funzionare per masse così piccole. Quelle scoperte sono 1 nana bruna con massa circa 3-4 volte maggiore di quella di Giove, mentre le altre 2 hanno masse tra 4-8 masse di Giove.
Ma allora perché considerarle nane brune e non pianeti gassosi giganti?
È proprio questo l’interrogativo che si sono posti i ricercatori dopo la loro scoperta: nane brune o pianeti giganti espulsi dal proprio sistema planetario?
La risposta è che si pensa sia altamente improbabile si tratti di esopianeti espulsi, per due motivi.
Un primo motivo riguarda la loro dimensione. Come detto, IC 348 sta producendo prevalentemente stelle di piccola massa, per cui è altamente improbabile che queste riescano a generare pianeti così massicci.
Un secondo motivo riguarda la loro posizione isolata. I pianeti si formano all’interno dei dischi che ruotano attorno alle protostelle, per questo chiamati dischi protoplanetari. I tre oggetti scoperti sono invece isolati da qualsiasi stella in formazione. Tuttavia, esiste la possibilità che un pianeta venga espulso (gravitazionalmente) dal proprio sistema planetario e che quindi diventi quello che viene chiamato un “free floating planet” cioè un pianeta fluttuante libero. Tuttavia, considerato che la regione di formazione in cui si trovano queste nane brune ha circa 5 milioni di anni di età, si tratta di un tempo troppo breve perché questo processo di espulsione si sia concluso.
L’esistenza di nane brune così leggere è una complicazione per i modelli di formazione stellare. Tuttavia, nello stesso tempo è un’opportunità che si apre per una migliore comprensione dei meccanismi di formazione stellare e per un miglioramento dei modelli.
Lo studio di queste nane brune leggere è rilevante anche per la comprensione degli esopianeti giganti con cui queste nane brune dovrebbero avere proprietà comuni. Il vantaggio è che mentre lo studio degli esopianeti è ostacolato dal bagliore prodotto dalla loro stella madre che ne rende difficile l'osservazione, nel caso delle nane brune leggere, essendo isolate, il loro studio è più facile.
Oltre al primato di “nane brune più leggere” questi oggetti sono i primi nella cui atmosfera è stata osservata la presenza di un idrocarburo, finora osservato solo nel nostro sistema solare, su Saturno e sulla sua luna Titano.
Il team che ha effettuato la scoperta prevede in un futuro prossimo di continuare a scandagliare accuratamente tutta la nebulosa in cerca di altri oggetti simili.