Le nane brune sono oggetti che si trovano a cavallo della linea di demarcazione tra stelle e pianeti. Si formano come stelle, diventando abbastanza dense da collassare sotto la loro stessa gravità, ma non diventano mai abbastanza dense e calde da iniziare a fondere l’idrogeno e trasformarsi in una stella. All’estremità inferiore della scala, alcune nane brune sono paragonabili a pianeti giganti, pesando solo poche volte la massa di Giove. Gli astronomi stanno cercando di determinare l’oggetto più piccolo che può formarsi in modo simile a una stella. Un team internazionale che utilizza il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA ha identificato il nuovo detentore del record: una piccola nana bruna con una massa solo tre o quattro volte quella di Giove.
“Una domanda fondamentale che troverete in ogni libro di testo di astronomia è: quali sono le stelle più piccole? Questo è ciò a cui stiamo cercando di rispondere”, ha spiegato l’autore principale Kevin Luhman, della Pennsylvania State University.
Per individuare questa nuova nana bruna, Luhman e la sua collega, Catarina Alves de Oliveira, hanno scelto di studiare l’ammasso stellare IC 348, situato a circa 1000 anni luce di distanza nella regione di formazione stellare di Perseo. Questo ammasso è giovane, ha solo circa cinque milioni di anni. Di conseguenza, qualsiasi nana bruna sarebbe ancora relativamente brillante nella luce infrarossa, risplendente dal calore della loro formazione. Il team ha prima fotografato il centro dell’ammasso utilizzando la NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb per identificare le nane brune candidate dalla loro luminosità e dai colori. Hanno seguito i target più promettenti utilizzando l’array di microotturatori NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb. La sensibilità agli infrarossi di Webb è stata cruciale, poiché ha consentito al team di rilevare oggetti più deboli rispetto ai telescopi terrestri.
Questo processo ha portato a tre obiettivi intriganti che pesano da tre a otto masse di Giove, con temperature superficiali che vanno da 830 a 1500°C. Il più piccolo di questi pesa solo tre o quattro volte Giove, secondo i modelli computerizzati.
Come si forma una nana bruna così piccola?
Spiegare come potrebbe formarsi una nana bruna così piccola è teoricamente impegnativo. Una nube di gas pesante e densa ha abbastanza gravità per collassare e formare una stella. Tuttavia, a causa della sua gravità più debole, dovrebbe essere più difficile per una piccola nube collassare per formare una nana bruna, e questo è particolarmente vero per le nane brune con le masse di pianeti giganti.
Oltre a fornire indizi sul processo di formazione stellare, le minuscole nane brune possono anche aiutare gli astronomi a comprendere meglio gli esopianeti. Le nane brune meno massicce si sovrappongono agli esopianeti più grandi; pertanto, ci si aspetterebbe che abbiano alcune proprietà simili. Tuttavia, una nana bruna fluttuante è più facile da studiare di un esopianeta gigante poiché quest’ultimo è nascosto nel bagliore della sua stella ospite.
Due delle nane brune identificate in questa indagine mostrano la firma spettrale di un idrocarburo non identificato, una molecola contenente sia atomi di idrogeno che di carbonio. La stessa firma infrarossa è stata rilevata dalla missione Cassini della NASA nelle atmosfere di Saturno e della sua luna Titano. È stato osservato anche nel mezzo interstellare, il gas tra le stelle. “Questa è la prima volta che rileviamo questa molecola nell’atmosfera di un oggetto al di fuori del nostro Sistema Solare”, ha spiegato Alves de Oliveira dell’ESA, ricercatore principale del programma di osservazione. “I modelli per le atmosfere delle nane brune non ne prevedono l’esistenza. Stiamo osservando oggetti con età più giovani e masse inferiori rispetto a quelle mai viste prima, e stiamo vedendo qualcosa di nuovo e inaspettato”.
Poiché gli oggetti rientrano nell’intervallo di massa dei pianeti giganti, ciò solleva la questione se siano effettivamente nane brune o in realtà rogue planet che sono stati espulsi dai sistemi planetari. Anche se il team non può escludere quest’ultima ipotesi, sostiene che è molto più probabile che si tratti di nane brune che di pianeti espulsi. Un pianeta gigante espulso è improbabile per due ragioni. Innanzitutto, tali pianeti sono generalmente rari rispetto ai pianeti con masse più piccole. In secondo luogo, la maggior parte delle stelle sono di piccola massa e i pianeti giganti sono particolarmente rari tra queste stelle. Di conseguenza, è improbabile che la maggior parte delle stelle di IC 348 (che sono stelle di piccola massa) siano in grado di produrre pianeti così massicci. Inoltre, poiché l’ammasso ha solo cinque milioni di anni, probabilmente non c’è stato abbastanza tempo perché i pianeti giganti si formassero e poi venissero espulsi dai loro sistemi.
La scoperta di altri oggetti simili aiuterà a chiarirne lo status. Le teorie suggeriscono che i rogue planet hanno maggiori probabilità di essere trovati alla periferia di un ammasso stellare, quindi espandere l’area di ricerca potrebbe identificarli se esistono all’interno di IC 348.
Lavori futuri potrebbero includere anche indagini più lunghe in grado di rilevare oggetti più deboli e più piccoli, fino a raggiungere una massa di Giove.
