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Svelare il mistero delle nane brune

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Le nane brune sono oggetti astronomici con masse comprese tra quelle dei pianeti e delle stelle. La questione di dove si trovino esattamente i limiti della loro massa rimane oggetto di dibattito, soprattutto perché la loro costituzione è molto simile a quella delle stelle di piccola massa

Quindi come facciamo a sapere se abbiamo a che fare con una nana bruna o una stella di massa molto bassa? Un team internazionale, guidato da scienziati dell’Università di Ginevra (UNIGE) e del Centro nazionale svizzero di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS, in collaborazione con l’Università di Berna, ha identificato cinque oggetti che hanno masse vicino al confine che separa le stelle e nane brune, che potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere la natura di questi misteriosi oggetti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

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Come Giove e altri pianeti gassosi giganti, le stelle sono costituite principalmente da idrogeno ed elio. Ma a differenza dei pianeti gassosi, le stelle sono così massicce e la loro forza gravitazionale così potente che gli atomi di idrogeno si fondono per produrre elio, rilasciando enormi quantità di energia e luce.

“Stelle fallite”

Le nane brune, d’altra parte, non sono abbastanza massicce da fondere l’idrogeno e quindi non possono produrre l’enorme quantità di luce e calore delle stelle. Invece, fondono depositi relativamente piccoli di una versione atomica più pesante dell’idrogeno: il deuterio. Questo processo è meno efficiente e la luce delle nane brune è molto più debole di quella delle stelle. Questo è il motivo per cui gli scienziati spesso si riferiscono a loro come “stelle fallite”.

“Tuttavia, non sappiamo ancora esattamente dove si trovano i limiti di massa delle nane brune, limiti che consentono di distinguerle dalle stelle di piccola massa che possono bruciare idrogeno per molti miliardi di anni, mentre una nana bruna avrà un breve stadio di combustione e poi una vita più fredda”, sottolinea Nolan Grieves, ricercatore del Dipartimento di Astronomia presso la Facoltà di Scienze dell’UNIGE, membro del NCCR PlanetS e primo autore dello studio. “Questi limiti variano a seconda della composizione chimica della nana bruna, ad esempio, o del modo in cui si è formata, nonché del suo raggio iniziale”, spiega.

Per avere un’idea migliore di cosa siano questi oggetti misteriosi, dobbiamo studiare gli esempi in dettaglio. Ma si scopre che sono piuttosto rari. “Finora, abbiamo caratterizzato con precisione solo circa 30 nane brune, afferma il ricercatore con sede a Ginevra. Rispetto alle centinaia di pianeti che gli astronomi conoscono nel dettaglio, sono davvero pochi. Tanto più se si considera che le loro maggiori dimensioni rendono le nane brune più facili da rilevare rispetto ai pianeti.

Nuovi pezzi del puzzle

Oggi, il team internazionale ha caratterizzato cinque compagni che erano stati originariamente identificati con il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) come oggetti di interesse TESS (TOI) – TOI-148, TOI-587, TOI-681, TOI-746 e TOI-1213. Questi sono chiamati “compagni” perché orbitano attorno alle rispettive stelle ospiti. Lo fanno con periodi da 5 a 27 giorni, hanno raggi tra 0,81 e 1,66 volte quelli di Giove e sono tra 77 e 98 volte più massicci. Questo li pone al confine tra nane brune e stelle.

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Questi cinque nuovi oggetti contengono quindi informazioni preziose. “Ogni nuova scoperta rivela ulteriori indizi sulla natura delle nane brune e ci dà una migliore comprensione di come si formano e perché sono così rare”, ha affermato Monika Lendl, ricercatrice del Dipartimento di Astronomia dell’UNIGE e membro del NCCR PlanetS.

Uno degli indizi che gli scienziati hanno trovato per mostrare che questi oggetti sono nane brune è il rapporto tra le loro dimensioni e l’età, come spiegato da François Bouchy, professore all’UNIGE e membro del NCCR PlanetS: “Le nane brune dovrebbero rimpicciolirsi nel tempo man mano che bruciano le loro riserve di deuterio e si raffreddano. Qui abbiamo scoperto che i due oggetti più antichi, TOI 148 e 746, hanno un raggio più piccolo, mentre i due compagni più giovani hanno raggi più grandi.”

Eppure questi oggetti sono così vicini al limite che potrebbero essere altrettanto facilmente stelle di massa molto bassa, e gli astronomi non sono ancora sicuri se siano nane brune. “Anche con questi oggetti aggiuntivi, ci mancano ancora i numeri per trarre conclusioni definitive sulle differenze tra nane brune e stelle di piccola massa. Sono necessari ulteriori studi per saperne di più”, conclude Grieves.

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