Né stelle né pianeti

Le nane brune sono oggetti che possiedono una massa più grande di quella di un pianeta, ma non speriore all’8% di quella del Sole, corrispondente a circa 70...

Le nane brune sono oggetti che possiedono una massa più grande di quella di un pianeta, ma non speriore all’8% di quella del Sole, corrispondente a circa 70 volte la massa di Giove, il valore  minimo perché possano innescarsi le reazioni di fusione termonucleare dell’idrogeno, che producono l’energia che fa brillare le stelle. L'energia irradiata dalle nane brune è prodotta dalla loro lenta contrazione, secondo il meccanismo di Kelvin-Helmoltz. Il limite minimo che separa i pianeti giganti gassosi dalle nane brune è di circa 13 masse gioviane. Le nane brune si formano come le stelle, per il collasso gravitazionale di nubi di gas e polveri. Nei primi stadi della loro vita, la maggior parte delle nane brune genera un pò di energia grazie alla fusione del litio e del deuterio, elementi molto facili da fondere, che sono assenti nelle stelle normali (che li bruciano immediatamente). La presenza del litio è un forte indizio che un oggetto di piccola massa sia una nana bruna. Le nane brune continuano a brillare nel rosso e soprattutto nell'infrarosso dopo aver esaurito il deuterio. La sorgente di questa energia è semplicemente il calore rimasto dalla combustione del deuterio e del litio, che però si riduce lentamente. Le atmosfere delle poche nane brune conosciute hanno temperature che variano da 700 a 2.300 °C (nella classificazione stellare l'intervallo di temperatura superficiale di tali oggetti va da 2.000k a 700k per le classi L e T, rispettivamente). Tutte le nane brune si raffreddano nel tempo, perché non hanno altre fonti di energia. Quelle di massa maggiore si raffreddano più lentamente.

Rappresentazione artistica di una nana bruna. (NASA)

Si conoscono solo poche nane brune, e tra queste molte non sono neppure certe. Si pensa che siano stelle molto numerose, ma la loro osservazione è resa difficile dalla loro bassissima luminosità, che le rende invisibili già a piccole distanze. Recenti osservazioni delle nane brune conosciute hanno rivelato delle variazioni di luminosità regolari nell'infrarosso. Queste variazioni suggeriscono la presenza di nubi relativamente fredde e opache nell'atmosfera. Si pensa che la "meteorologia" di questi oggetti sia estremamente violenta, comparabile, ma molto maggiore, alle famose tempeste di Giove. Da quando sono state scoperte per la prima volta qualche decina di anni fa, grazie soprattutto all'entrata in funzione di strumenti sempre più sensibili nelle bande dell'infrarosso, le nane brune hanno gettato un certo sconquasso nell'ordinata classificazione di stelle e pianeti. Le loro masse e temperature superficiali, infatti, non permettevano agli astronomi di incasellarle secondo gli schemi degli oggetti stellari: troppo bassa la loro temperatura, che poteva tranquillamente scendere anche ad "appena" 1.000 °K, e troppo piccola la loro massa che, sotto il limite l'8% di quella del Sole, ne certificava la loro impossibilità a produrre energia dalle reazioni di fusione termonucleare nel loro nucleo. Stelle mancate dunque, ma che pur dovevano avere una loro dignità e riconoscimento nella popolazione stellare. Ecco allora che venne allargata verso il basso la classificazione spettrale degli astri, aggiungendo oltre alle canoniche classi O,B,A,F,G,K,M anche la L e la T, che competevano ad oggetti con temperature efficaci che scendevano fino intorno ai 1.000 °K. Quando tutto sembrava aver ritrovato il suo giusto ordine, però, ecco il nuovo, recentissimo colpo di scena. Questa volta arrivato dall'osservatorio orbitante WISE della NASA un paio d'anni fa. L'analisi delle immagini a grande campo del cielo visto nell'infrarosso dai suoi sensibilissimi strumenti aveva infatti portato all'identificazione di potenziali oggetti di masse comprese tra le 5 e le 20 volte quelle di Giove e con temperature che forse potevano scendere fino a valori di 300 °K, ovvero 25-30 °C. Come considerare queste rarità nelle rarità? Nane brune "mini" e fredde? O pianeti supergiganti temperati? Un dilemma non da poco, visto che gli oggetti candidati, per i quali è stata coniata una nuova classe spettrale, la Y, erano comparsi spingendo al limite estremo strumenti e tecniche per l'analisi dei dati. A gettare nuova luce sull'intricato caso, arrivano oggi i risultati di un lavoro di un nuovo studio. I ricercatori hanno sfruttato il metodo della parallasse stellare - il più preciso in assoluto tra quelli disponibili - per calcolare le distanze di alcune decine di questi candidati basandosi sul confronto di immagini raccolte nel medio infrarosso tra il 2011 e il 2012 dalla Infrared Array Camera (IRAC) a bordo del telescopio spaziale Spitzer della NASA. Il loro obiettivo era quello di risalire con la maggior precisione possibile alla determinazione della temperatura superficiale di queste nane brune, un risultato ottenibile solo a patto di avere, appunto, una accurata misura della loro distanza. I risultati di questa indagine confermano che le più fredde e piccole tra le nane brune hanno temperature che scendono intorno ai 400-450 °K  (125-175 °C) e hanno masse comprese tra 5 e 20 volte quelle di Giove. In pratica, l'anello mancante tra le stelle più piccole e i pianeti di grande massa.
08 Settembre 2013 | Mario Di Martino