Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, un team di ricerca guidato da Kevin Luhman della Pennsylvania State University ha studiato l’ammasso stellare IC 348. Si trova a circa 1000 anni luce di distanza dalla Terra, nella regione di formazione stellare del Perseo, ed è molto giovane: ha circa 5 milioni di anni.

In questo ammasso, il team ha individuato alcuni oggetti candidati a essere nane brune. Le nane brune si formano come stelle, che crescono abbastanza fino a collassare sotto la propria gravità, ma non diventano mai abbastanza dense e calde da iniziare a fondere l’idrogeno e trasformarsi in una stella. Non sono né astri, né pianeti, ma alcune di esse sono paragonabili a pianeti giganti, pesando solo poche volte la massa di Giove.

Gli astronomi stanno cercando da tempo di determinare l’oggetto più piccolo che può formarsi in modo simile a una stella. E ora, in IC 348 il James Webb ha identificato il nuovo detentore del record: una nana bruna con una massa solo tre o quattro volte quella di Giove.

Tre nane brune in IC 348, e una sorpresa

Il team ha fotografato il centro dell’ammasso utilizzando la NIRCam (Near InfraRed Camera) di Webb, per identificare le nane brune candidate in base alla loro luminosità e ai loro colori. I target più favorevoli sono stati poi selezionati con NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph).

La sensibilità all’infrarosso di Webb è stata fondamentale. Ha consentito al team di rilevare oggetti più deboli rispetto ai telescopi a Terra, e ha permesso di determinare quali oggetti rossi fossero nane brune puntiformi e quali fossero galassie di sfondo.

Questo processo di selezione ha portato a tre candidati. Pesano da tre a otto masse di Giove, con temperature superficiali che vanno da 830 a 1500 gradi Celsius. Il più piccolo di questi pesa appena tre o quattro volte Giove.

Due delle nane brune identificate mostrano la firma di una molecola contenente sia atomi di idrogeno che di carbonio. La stessa firma è stata rilevata dalla missione Cassini della NASA nell’atmosfera di Saturno e della sua luna Titano, ed è stata osservata anche nel mezzo interstellare. Questa è la prima volta che un composto simile viene rilevato al di fuori del nostro Sistema Solare, e finora i modelli per le atmosfere delle nane brune non ne prevedevano l’esistenza.

Una nana bruna troppo piccola

Oltre a fornire indizi sul processo di formazione stellare, le nane brune di piccole dimensioni possono aiutare gli astronomi a comprendere meglio gli esopianeti. Le nane brune meno massicce, infatti, si sovrappongono agli esopianeti più grandi, quindi gli scienziati si aspettano che abbiano proprietà simili. Tuttavia, una nana bruna libera di fluttuare nel mezzo interstellare è più facile da studiare rispetto a un esopianeta gigante, poiché quest’ultimo è nascosto nel bagliore della sua stella ospite.

Spiegare come possa formarsi una nana bruna così piccola come quella trovata in IC 348, però, è teoricamente impegnativo. Deve comunque esser partita da una nube di gas pesante e densa con gravità sufficiente per collassare e formare una stella.

Tuttavia, a causa della sua gravità più debole perché meno massiccia, dovrebbe essere più difficile per una piccola nube collassare per formare una nana bruna. Catarina Alves de Oliveira dell’ESA, co-autrice della ricerca, ha spiegato:

Per i modelli attuali è abbastanza facile creare pianeti giganti in un disco attorno a una stella. Ma in questo ammasso, sarebbe improbabile che questo oggetto si fosse formato in un disco. Si sarebbe invece formato come una stella, e tre masse di Giove sono 300 volte più piccole del nostro Sole. Dobbiamo quindi chiederci: come funziona il processo di formazione stellare a masse così piccole?

E se invece fosse un pianeta errante?

Gli scienziati non possono escludere la possibilità che questo oggetto, candidato a nana bruna ma di dimensioni molto piccole, possa invece essere un pianeta errante, un pianeta non orbitante attorno a una stella e vagante nel mezzo interstellare. Tuttavia, il team sostiene che è molto più probabile che si tratti di una nana bruna, che di un pianeta espulso dal suo sistema di origine. Per due motivi:

1. I pianeti erranti giganti sono poco comuni, rispetto a quelli di massa inferiore.
2. La maggior parte delle stelle sono stelle 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. E di aver avuto abbastanza tempo per espellerli.

La scoperta di altri oggetti di questo tipo, in ogni caso, aiuterà a chiarire tutti i dubbi che gli scienziati ancora hanno in merito a queste classi di corpi celesti. In particolare per quanto riguarda le nane brune, con la speranza che studi futuri possano includere anche indagini più lunghe in grado di rilevare oggetti più piccoli e meno luminosi.

Lo studio, pubblicato su The Astronomical Journal, è reperibile qui.

Qui invece è possibile scaricare una versione in HD e completa dell’immagine NIRCam che riprende l’ammasso IC 348, dove il team ha identificato le tre nane brune candidate.