La nana bruna più antica

"The Accident" si trova ad appena 50 anni luce da noi

Immagine di fantasia che raffigura una nana bruna fredda (IPAC)

È un bel momento per lo studio delle nane brune, oggetti sub stellari più massici di un pianeta gigante ma meno di una stella vera e propria. A lungo ipotizzate, la loro scoperta concreta è stata quasi contemporanea agli esopianeti, poco più un quarto di secolo fa. Tuttavia, questi ultimi hanno ricevuto più attenzione e la prova è anche nei numeri, poiché a oggi sono note circa 2000 nane brune a fronte di circa 4300 pianeti.

Soltanto una trentina di nane brune è stata caratterizzata e questo è quasi un paradosso, giacché tali oggetti possono essere più agevolmente osservati rispetto agli esopianeti per i quali bisogna affidarsi a tecniche di osservazione indiretta, come i transiti, le velocità radiali e la spettroscopia ad alta risoluzione per ricavarne informazioni.

Eppure, le nane brune giocano un ruolo non marginale nella comprensione di quei processi collegati alla formazione stellare. Esse, infatti, non si formano nei dischi protoplanetari come gli esopianeti, ma nello stesso ambiente in cui si formano le stelle. In altri termini, non sono pianeti cresciuti a dismisura bensì stelle che non sono cresciute abbastanza e da qui la definizione di “stelle mancate”.

Perché alcuni embrioni stellari non arrivano ad accumulare massa per attivare stabilmente le reazioni nucleari? Che ruolo giocano le stelle più massicce in tale processo? Sono solo alcune delle domande che attendono risposta. Non meno interessante è la loro grande varietà, legata alle condizioni fisiche correlate con l’età dell’oggetto.

Pianeti, nane brune e stelle più piccole. La differenza non è tuttavia solo questione di massa (IPAC, G. Donatiello)

Sempre più studi stanno evidenziando come anche il numero delle nane brune sia enorme e non trascurabile anche in termini di economia galattica. Tali oggetti si stima che siano in quantità almeno pari, se non superiore, alle stelle poiché un certo numero non è legato a una o più “sorelle maggiori” all’interno di sistemi multipli, ma sembrano muoversi autonomamente dentro la Via Lattea.

Un esempio è l’oggetto denominato WISEA J153429.75-104303.3 che gli autori dello studio hanno deciso di soprannominare “The Accident” per porre l’accento sulle fortunate circostanze del suo ritrovamento. A trovare questa nana bruna è stato infatti lo scienziato cittadino Dan Caselden, un appassionato di astronomia impegnato a ispezionare le immagini pubbliche rilasciate dal telescopio infrarosso Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NeoWISE), utilizzando un software di sua invenzione che rimuove gli oggetti fermi ed evidenzia quelli che si siano spostati nel corso di più osservazioni nella stessa regione di cielo aventi le caratteristiche attese per le nane brune.

WISEA J153429.75-104303.3 è l’oggetto cerchiato in movimento (NEOWISE)

Non possiamo parlare quindi di semplice fortuna, poiché dobbiamo tenere in conto l’abilità e quell’arguzia che ancora differenzia l’uomo dalle macchine che utilizzano intelligenza artificiale, cioè la capacità di riconoscere cose che sfuggono alla catalogazione in un determinato contesto. Quest’oggetto non era stato infatti riconosciuto dai sistemi automatici perché completamente diverso da ciò che essi avrebbero dovuto riconoscere.

Quando le nane brune invecchiano, non essendo attive fonti interne di energia, si raffreddano e la loro emissione luminosità cambia in base alla lunghezza d’onda di osservazione. Il processo è del tutto analogo a un pezzo di metallo appena estratto ad alta temperatura dalla fornace, inizialmente brillante per diventare completamente scuro a raffreddamento completato dopo un certo tempo.

Questo fenomeno avviene anche per le nane brune per cui la temperatura è anche indice di anzianità dell’oggetto. WISEA J153429.75-104303.3 aveva eluso il rilevamento proprio perché molto fredda e quindi molto vecchia. “Quest’oggetto ha superato tutte le nostre aspettative“, ha dichiarato Davy Kirkpatrick, astrofisico dell’IPAC al Caltech.

Poiché le nane brune sono oggetti relativamente freddi, irradiano principalmente in infrarosso ed è in tale regione dello spettro che possono essere studiate per una migliore caratterizzazione. Così, dopo la prima rilevazione in immagini prese dallo spazio, la nana bruna è stata osservata a lunghezze d’onda infrarosse dal suolo mediante l’Osservatorio WM Keck alle Hawaii. Con sorpresa degli astronomi, l’oggetto si è dimostrato davvero ostico e pressoché invisibile nelle immagini, confermando la sua natura di oggetto intrinsecamente molto freddo.

Restava da capire se la scarsa emissione fosse imputabile alla grande distanza, perciò “L’Accidente” è stata osservata con i telescopi spaziali Hubble e Spitzer, risultando distante appena 50 anni luce. Le osservazioni hanno permesso di determinare che l’oggetto si muove nello spazio anche a grande velocità, a circa 800.000 Km/h. Tale velocità è significativamente più alta della media nella nostra regione galattica, quindi WISEA J153429.75-104303.3 può essere un oggetto di alone oppure accelerato da ripetuti effetti fionda in incontri ravvicinati con stelle nei pressi delle quali sia transitato sin dalla sua formazione.

Appurato che l’oggetto sia freddo e vicino, questo vuol dire che possa essere davvero molto vecchio. Ma quanto?

Si stima un’età per la Via Lattea di circa 13,6 miliardi di anni : all’epoca della sua nascita le stelle e altri oggetti sub stellari erano composti quasi completamente d’idrogeno ed elio. Gli elementi chimici più pesanti sarebbero arrivati dopo con la contaminazione operata dalle prime supernove.

Il metano è comune nella maggior parte delle nane brune, anche tra quelle con temperature simili a WISEA J153429.75-104303.3, ma quest’ultima presenta un’abbondanza davvero molto bassa nel suo spettro. Essendo quella del metano una riga spettrale in assorbimento, di solito le nane brune sono molto scure a tale lunghezza d’onda, ma non è quello che accade con quest’oggetto atipico che invece è più luminoso. Quindi, il profilo spettrale di The Accident corrisponde a quello di una nana bruna molto antica, formatasi quando la galassia era ancora povera di carbonio e potrebbe avere da 10 a 13 miliardi di anni, almeno il doppio dell’età media di altre nane brune conosciute. Ciò significa che l’oggetto si è formato quando la Via Lattea era giovanissima in un ambiente chimicamente molto diverso.

“Non è una sorpresa trovare una nana bruna così vecchia, ma è una sorpresa trovarne una nel nostro cortile”, ha detto Federico Marocco dell’IPAC al Caltech. “Ci aspettavamo che esistessero nane brune così antiche, ma ci aspettavamo anche che fossero incredibilmente rare. La possibilità di trovarne una così vicina al sistema solare potrebbe essere una fortunata coincidenza, oppure ci dice che sono più comuni di quanto pensassimo”.

La scoperta fa ritenere che di oggetti simili ce ne debbano essere tantissimi in attesa di essere trovati. Un ruolo importante possono proprio giocarlo gli appassionati come Caselden in grado di operare fuori dagli schemi se non addirittura cambiando il modo con cui cercare tale tipo di oggetti.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 283 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.