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Nane brune, nascita a metà tra pianeta e stella

Rappresentazione di corpi celesti tra nane brune, stelle e pianetiLe nane brune sono oggetti a metà tra stelle e giganti gassosi: astri che sono riusciti ad avere una massa tale da bruciare deuterio ma non idrogeno e quindi insufficiente a trasformarsi in stella in grado di brillare di luce propria. 

Massa che comunque può andare dalle 13 alle 80 masse gioviane

I giganti gassosi, secondo le teorie, si formano per acquisizione di gas da parte di nuclei rocciosi oppure per instabilità del disco protoplanetario che si frammenta in diversi punti. Le stelle, invece, nascono per contrazione di una nube molecolare. Queste sono le regole, anche se non mancano eccezioni, ma quale è il modo di nascere di una nana bruna? Come le stelle o come i pianeti?

Un team di scienziati dell'INAF di Palermo ha studiato lo spettro delle stelle compagne di 53 nane brune: stelle di classe spettrale intermedia, tra F, G e K, distinguendo le nane brune in due gruppi in base alla massa, scindendo a 42.5 masse gioviane

I risultati mostrano come le nane brune di massa minore siano accompagnate da stelle ricche di elementi pesanti mentre le nane di massa superiore siano accompagnate da stelle composte chimicamente in manera simile a quella delle stelle prive di pianeti. Ne segue che le nane brune di piccola massa tendono a formarsi come i pianeti mentre quelle di grande massa tendono a formarsi come le stelle (INAF, Giugno 2017).

ROXs 42B b. Credit Kraus et alDistinguere una nana bruna da un pianeta non è comunque cosa semplice e una tecnica potrebbe essere quella di misurare la velocità di rotazione del corpo celeste (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Dicembre 2017, University of California), puntando su quei corpi ancora caldi dalla formazione e abbastanza distanti dalle stelle compagne, tanto da non essere abbagliati e nascosti. Se i corpi celesti sono pianeti massicci posti lontano dalla propria stella, allora devono avere proprietà molto simili a quelle delle più piccole nane brune e così le osservazioni del Keck Observatory si sono concentrate su tre corpi di massa planetaria noti come ROXs 42B b, GSC 6214-210 b e VHS 1256-1257 b. Il Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) ha consentito di ottenere lo spettro dei corpi celesti e scinderlo nella parte in avvicinamento, in blu, e in quella in allontanamento, in rosso: la composizione dei due dati indica la velocità di rotazione del corpo celeste. Il range ottenuto è tra 6 e 14 chilometri al secondo, simile al tasso di rotazione dei giganti gassosi del Sistema Solare. I dati sono stati confrontati con quelli di Beta Pictoris b, che gira a 25 chilometri al secondo, e con quelli di nane brune già note mostrando un tasso di rotazione indistinguibile per le due popolazioni. Potrebbe trattarsi di nane brune oppure pianeti formatisi fuori dal disco che circonda la stella. 

Flare della nana bruna.

Anche le nane brune sono in possesso di una attività non indifferente e una prova sono due potenti flare registrati tra 8 marzo e 27 maggio 2017 sulla nana CFHT-BD-Tau 4 durante la Campaign 13 del telescopio spaziale Kepler, i due flare più potenti mai registrati per oggetti di questo tipo. 
L'età della stella "mancata" è di circa 1 milione di anni, un oggetto giovane di classe M7 distante 480 anni luce dalla Terra, con raggio di 0.65 raggi solari e una massa di appena 0.064 masse solari. La temperatura superficiale è di 2900 K. Il flare più potente è durato due giorni e ha determinato un innalzamento di luminosità pari a 48 volte il livello di quiete. Il secondo flare è durato circa 10 ore ma è sembrato più complesso, con più picchi. Le osservazioni potranno essere utilizzate per una miglior comprensione della formazione planetaria intorno a stelle di massa limitata e nane brune.

Curva di luce indotta da Kepler-128b

Curva di luce indotta da Kepler-128b

WASP-128b è una nana bruna che transita sulla stella madre ed è stata scoperta dalla survey WASP (Wide Angle Search for Planets) e metà 2018. La sua orbita molto stretta la espone a forze mareali decisamente intense. Pochissime nane brune, a oggi, sono state trovate in orbita intorno a stelle di classe G e questo lascia pensare che configurazioni di questo tipo comportino una veloce dissipazione mareale e quindi un decadimento orbitale. La dimensione della nana è simile a quella di Giove, con 0.94 raggi gioviani, ma la massa è 3.75 volte maggiore con un'orbita conclusa in appena 2.2 giorni alla distanza di 0.036 UA. La sua vita residua si aggira intorno ai 267 milioni di anni. La stella madre si trova a 1375 anni luce dalla Terra ed è 16% più grande e massiccia del Sole, con 5950 K di temperatura, una età di 2.3 miliardi di anni e una rotazione di 2.93 giorni. 

Rappresentazione artisticaLa prima osservazione tramite radiotelescopio di un oggetto isolato a metà tra pianeta e nana bruna è del Very Large Array e riguarda SIMP J013655663+0933473, scoperto nel 2016 ma visto di nuovo nel 2018 via radio. Dodici volte più massiccio di Giove, con un raggio superiore di 1.22 volte rispetto al nostro gigante, ha un campo magnetico 200 volte più intenso. Si trova a 20 anni luce da noi e non orbita alcuna stella, quindi la sua classificazione è altamente aleatoria. Il mistero più grande riguarda proprio l'emissione radio visto che non esiste una stella, nelle vicinanze, che possa provocare aurore su questo corpo celeste. Potrebbe esserci un secondo pianeta a formare un sistema doppio oppure una luna in grado di interagire con il campo magnetico di questo oggetto. 
La sua temperatura è di 825°C e la massa non eclatante spingerebbe verso l'appartenenza alla categoria dei pianeti, visto che il deuterio "fonde" oltre le 13 masse gioviane. 


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