Illustrazione dell'artista delle paia binarie nane marroni. Clicca per ingrandire.
Uno dei compiti più difficili per gli astronomi è capire quanto siano enormi gli oggetti distanti. Il telescopio spaziale Hubble ha aiutato gli astronomi a misurare la massa di una coppia binaria di nane brune - stelle fallite - mentre orbitano l'una attorno all'altra. Un nano è 55 volte la massa di Giove e l'altro è 35 volte la massa. Ognuno dovrebbe essere 80 volte la massa di Giove prima di avere abbastanza massa per innescare una reazione di fusione.
Per la prima volta, gli astronomi sono riusciti a pesare una coppia binaria di nane marroni e misurare con precisione i loro diametri. Questi tipi di misurazioni esatte non sono possibili quando si osserva una singola nana marrone.
Poiché le loro orbite sono inclinate verso la Terra, i nani passano uno di fronte all'altro, creando eclissi. Questo è il primo binario marrone a eclissi nana mai scoperto. La coppia offre un'opportunità insolita per determinare accuratamente le masse e i diametri dei nani, fornendo test cruciali su modelli teorici.
Una nana marrone è una classe intermedia di oggetti celesti poco compresa che è troppo piccola per sostenere le reazioni di fusione dell'idrogeno, come quelle che alimentano il nostro Sole. Tuttavia, le nane brune sono dozzine di volte più massicce del più grande pianeta del Sistema Solare, Giove, e quindi sono troppo grandi per essere un pianeta.
La scoperta dei nani bruni accoppiati e le misure critiche sono riportate oggi nella rivista scientifica Nature da un team di astronomi: Jeff Valenti dello Space Telescope Science Institute (STScI), Robert Mathieu dell'Università del Wisconsin-Madison e Keivan Stassun della Vanderbilt University.
Un nano è 55 volte la massa di Giove; l'altro è 35 volte più pesante di Giove (con un margine di errore del 10 percento). Per qualificarsi come una stella e bruciare idrogeno attraverso la fusione nucleare, i nani dovrebbero essere 80 volte più massicci di Giove. Per fare un confronto, il Sole è 1.000 volte più massiccio di Giove.
Gli astronomi sono sorpresi di scoprire che la nana marrone più massiccia è la più fredda della coppia, contrariamente a tutte le previsioni sulle nane brune della stessa età. O i due non hanno la stessa età e possono essere corpi catturati, oppure i modelli teorici sono sbagliati, affermano i ricercatori.
La coppia nana marrone orbita l'un l'altro così da vicino che sembrano un singolo oggetto se visti dalla Terra. Poiché la loro orbita in pista è edge-on, i due oggetti si passano periodicamente uno di fronte all'altro, o si eclissano. Queste eclissi causano cali regolari nella luminosità della luce combinata proveniente da entrambi gli oggetti. Misurando con precisione queste occultazioni gli astronomi sono stati in grado di determinare le orbite dei due oggetti. Con queste informazioni, gli astronomi hanno usato le leggi del moto di Newton per calcolare la massa dei due nani.
Inoltre, gli astronomi hanno calcolato la dimensione dei due nani misurando la durata delle immersioni nella loro curva luminosa. Perché sono così giovani, i nani sono notevolmente grandi per la loro massa: circa lo stesso diametro del Sole. Perché la coppia si trova nella Nebulosa di Orione, che è un asilo stellare nelle vicinanze con stelle di meno di 10 milioni di anni.
Un'analisi della luce proveniente dalla coppia nana indica che i nani hanno un cast rossastro. I modelli attuali prevedono anche che i nani marroni dovrebbero avere "tempo" - bande simili a nuvole e punti simili a quelli visibili su Giove e Saturno.
Misurando le variazioni dello spettro luminoso proveniente dalla coppia, gli astronomi hanno anche determinato le temperature superficiali dei nani. La teoria prevede che il membro più massiccio di una coppia di nane brune dovrebbe avere una temperatura superficiale più elevata. Ma hanno trovato esattamente il contrario. Il più pesante dei due ha una temperatura di 4.310 gradi Fahrenheit (2.650 gradi Kelvin) e il più piccolo, 4.562 gradi F (2.790 gradi K). Questi si confrontano con la temperatura superficiale del Sole di 9.980 gradi F (5.800 gradi K).
"Una possibile spiegazione è che i due oggetti hanno origini ed età diverse", afferma Stassun. In tal caso, supporta uno dei risultati degli ultimi sforzi per simulare il processo di formazione stellare. Queste simulazioni prevedono che le nane marroni siano create così vicine che probabilmente si interrompono la formazione reciproca.
Le nuove osservazioni confermano la previsione teorica che le nane brune nascono come oggetti delle dimensioni di una stella, ma si restringono e si raffreddano e diventano sempre più grandi come il pianeta mentre invecchiano. Prima d'ora, l'unico nano bruno la cui massa era stata misurata direttamente era molto più vecchio e più scuro.
Molti astronomi pensano che le nane brune possano effettivamente essere il prodotto più comune del processo di formazione stellare. Pertanto, le informazioni sulle nane brune possono fornire preziose nuove intuizioni sui processi dinamici che producono stelle dai vortici crollanti di polvere e gas interstellari.
Poiché i vecchi nani marroni sono più piccoli e più scuri delle vere stelle, è solo negli ultimi anni che i miglioramenti nella tecnologia del telescopio hanno permesso agli astronomi di catalogare centinaia di oggetti deboli che pensano possano essere nani bruni. Ma per individuare le nane brune da altri tipi di oggetti deboli, hanno bisogno di un modo per stimare le loro masse, perché la massa è il destino di stelle e oggetti simili a stelle.
L'esistenza di nani bruni è stata proposta per la prima volta negli anni '80, ma non è stato fino al 2000 che un nano bruno è stato rilevato senza ambiguità. Mentre le nane brune erano oggetti ipotetici, gli astronomi le differenziavano dai pianeti dal modo in cui si formavano. Le nane e le stelle marroni si formano allo stesso modo, da una nuvola che collassa di polvere e gas interstellare. I pianeti sono costruiti dai dischi di polvere e gas che circondano formando stelle. Quando gli astronomi hanno scoperto il primo nano bruno candidato, hanno capito che i nani sono molto difficili da differenziare dai pianeti, in particolare quando hanno compagni stellari. Quindi un gruppo crescente di astronomi preferisce definire le nane brune come oggetti da 13 a 80 volte più massicci di Giove.
I ricercatori hanno effettuato le osservazioni con due serie di telescopi situati nelle Ande cilene, a circa 100 miglia a nord di Santiago: il sistema di telescopi per la ricerca dell'apertura piccola e moderata (SMARTS), gestito da un consorzio tra cui Space Telescope Science Institute e Vanderbilt University, e l'Osservatorio internazionale dei Gemelli, gestito dalla National Science Foundation.
Fonte originale: Hubble News Release
