Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, gli astronomi hanno scoperto una nana bruna (un oggetto più massiccio di Giove ma più piccolo di una stella), che potrebbe mostrare possibili aurore, come la familiare aurora boreale sul nostro mondo. Questo è un mistero inaspettato poiché la nana bruna, conosciuta come W1935, è un oggetto isolato nello spazio, senza alcuna stella vicina che crei un’aurora.
Le aurore sulla Terra si formano quando le particelle energetiche del Sole vengono catturate dal campo magnetico del nostro pianeta. Queste particelle scendono nella nostra atmosfera vicino ai poli della Terra, scontrandosi con le molecole di gas e creando cortine di luce danzanti. Poiché W1935 non ha stelle che generino un vento stellare, è possibile che le interazioni esterne con il plasma interstellare o con una luna attiva vicina (come Io di Giove), possano aiutare a spiegare l’emissione infrarossa osservata.
Le osservazioni del telescopio spaziale Webb
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, gli astronomi hanno osservato una nana bruna con emissione infrarossa di metano, probabilmente dovuta all’energia nella sua atmosfera superiore. Questa è una scoperta inaspettata perché la nana bruna, W1935, è fredda e priva di una stella ospite; pertanto, non esiste una fonte ovvia per l’energia dell’atmosfera superiore. Il team ipotizza che l’emissione di metano possa essere dovuta a processi che generano le aurore.
Per aiutare a spiegare il mistero dell’emissione infrarossa del metano, il team si è rivolto al nostro sistema solare. Il metano in emissione è una caratteristica comune nei giganti gassosi come Giove e Saturno. Il riscaldamento dell’atmosfera superiore che alimenta questa emissione è legato alle aurore.
Aurore nel nostro sistema solare
Giove e Saturno hanno processi aurorali simili che implicano l’interazione con il vento solare, ma ricevono anche contributi aurorali dalle lune attive vicine come Io (per Giove) ed Encelado (per Saturno).
Per le nane brune isolate come W1935, l’assenza di un vento stellare che contribuisca al processo aurorale e spieghi l’energia extra nell’alta atmosfera richiesta per l’emissione di metano è un mistero.
L’astronomo Jackie Faherty, dell’American Museum of Natural History di New York, ha utilizzato il telescopio Webb per indagare su 12 nane brune fredde. Tra queste c’erano W1935 – un oggetto scoperto dallo scienziato Dan Caselden, che ha lavorato al progetto Backyard Worlds Zooniverse – e W2220, un oggetto che è stato scoperto utilizzando il Wide Field Infrared Survey Explorer della NASA.
Webb ha rivelato nei minimi dettagli che W1935 e W2220 sembravano essere quasi cloni l’uno dell’altro nella composizione. Condividevano anche luminosità, temperature e caratteristiche spettrali simili di acqua, ammoniaca, monossido di carbonio e anidride carbonica. L’eccezione sorprendente è stata che W1935 ha mostrato emissioni di metano, in contrasto con la caratteristica di assorbimento prevista in W2220. Ciò è stato osservato a una distinta lunghezza d’onda dell’infrarosso alla quale Webb è particolarmente sensibile.
“Ci aspettavamo di vedere metano poiché il metano è ovunque su queste nane brune. Ma invece di assorbire la luce, abbiamo visto esattamente il contrario: il metano brillava”, ha dichiarato Faherty.
Il team ha utilizzato modelli computerizzati per dedurre cosa potrebbe esserci dietro l’emissione. Il lavoro di modellazione ha mostrato che W2220 aveva una distribuzione di energia prevista in tutta l’atmosfera, diventando più fredda con l’aumentare dell’altitudine. In W1935, invece, è stato osservato un’inversione di temperatura, dove l’atmosfera diventava più calda con l’aumentare dell’altitudine.
“Questa inversione di temperatura è davvero sconcertante”, ha affermato Ben Burningham, dell’Università dell’Hertfordshire in Inghilterra, coautore e capo modellatore del lavoro. “Abbiamo osservato questo tipo di fenomeno in pianeti con una stella vicina che può riscaldare la stratosfera, ma vederlo in un oggetto senza un’evidente fonte di calore esterna è incredibile”, ha aggiunto.
Indizi dal nostro sistema solare
Per trovare indizi, gli scienziati hanno cercato nel nostro cortile, nei pianeti del nostro sistema solare. I giganti gassosi possono fungere da proxy per ciò che si vede accadere a più di 40 anni luce di distanza nell’atmosfera di W1935.
Il team si è reso conto che le inversioni di temperatura sono importanti in pianeti come Giove e Saturno. Tuttavia, i ricercatori stanno ancora cercando di comprendere le cause del loro riscaldamento stratosferico, ma le principali teorie per il sistema solare implicano il riscaldamento esterno da parte delle aurore e il trasporto interno di energia dalle profondità dell’atmosfera.
Candidati alle aurore
Questa non è la prima volta che un’aurora viene utilizzata per spiegare l’osservazione di una nana bruna. Gli astronomi hanno rilevato emissioni radio provenienti da diverse nane brune più calde e hanno invocato le aurore come la spiegazione più probabile. Sono state condotte ricerche con telescopi terrestri come l’Osservatorio Keck per le firme infrarosse di queste nane brune che emettono radio per caratterizzare ulteriormente il fenomeno, ma sono state inconcludenti.
W1935 è il primo candidato aurorale al di fuori del sistema solare con la firma dell’emissione di metano. È anche il candidato aurorale più freddo con una temperatura effettiva di circa 400 gradi Fahrenheit (200 gradi Celsius ), circa 600 gradi Fahrenheit più calda di Giove.
Nel nostro sistema solare, il vento solare contribuisce in modo primario ai processi aurorali, con lune attive come Io ed Encelado che svolgono un ruolo rispettivamente per pianeti come Giove e Saturno. W1935 è completamente priva di una stella compagna, quindi un vento stellare non può contribuire al fenomeno. Resta ancora da vedere se una luna attiva potrebbe avere un ruolo nell’emissione di metano su W1935.
“Con W1935, ora abbiamo un’estensione spettacolare di un fenomeno senza alcuna irradiazione stellare che possa aiutarci nella spiegazione”, ha osservato Faherty. “Con Webb, possiamo davvero approfondire i processi chimici e svelare quanto simile o diverso possa essere il processo aurorale al di fuori del nostro sistema solare”, ha aggiunto.
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb sta risolvendo i misteri del nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani attorno ad altre stelle, e sondando le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA ( Agenzia spaziale europea ) e l’Agenzia spaziale canadese.
I risultati sono stati presentati al 243esimo incontro dell‘American Astronomical Society a New Orleans.
