Questo concept artistico ritrae la nana bruna W1935, che si trova a 47 anni luce dalla Terra. Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, gli astronomi hanno scoperto l’emissione infrarossa del metano proveniente da W1935. Questa è una scoperta inaspettata perché la nana bruna è fredda e priva di una stella ospite; pertanto, non esiste alcuna fonte evidente di energia per riscaldare la parte superiore dell’atmosfera e far brillare il metano. Il team ipotizza che l’emissione di metano possa essere dovuta a processi che generano le aurore, mostrate qui in rosso. CREDITO NASA, ESA, CSA e L. Hustak (STScI) (AGI) – Roma, 10 gen. –
AGI - Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, gli astronomi hanno trovato una nana bruna, ossia un oggetto più massiccio di Giove ma più piccolo di una stella, con emissione infrarossa di metano, probabilmente dovuta all’energia nella sua atmosfera superiore. La scoperta, che sarà presentata al 243esimo incontro dell’American Astronomical Society a New Orleans, è del tutto 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.
L’ipotesi mossa dalla squadra di scienziati sostiene che l’emissione di metano può derivare da processi interni non considerati in grado di generare le aurore, come i fenomeni atmosferici di Giove e Saturno, oppure a interazioni esterne con il plasma interstellare o con una luna attiva vicina. Per sciogliere il mistero dell’emissione infrarossa del metano, il gruppo di astronomi si è rivolto al sistema solare. L’emissione di metano è una caratteristica comune ai giganti gassosi come Giove e Saturno.
Il riscaldamento dell’atmosfera superiore che alimenta questa emissione è legato alle aurore. Sulla Terra, le aurore si creano quando le particelle energetiche soffiate nello spazio dal Sole vengono catturate dal campo magnetico terrestre. Esse scendono a cascata nella nostra atmosfera lungo le linee del campo magnetico vicino ai poli terrestri, scontrandosi con le molecole di gas e creando cortine luminose danzanti. Giove e Saturno hanno processi aurorali simili che implicano l’interazione con il vento solare, ma ricevono anche contributi aurorali da 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 supplementare nell’atmosfera superiore necessaria per l’emissione di metano è un enigma. Una squadra guidata da Jackie Faherty, astronoma dell’American Museum of Natural History di New York, ha osservato e studiato, grazie al telescopio Webb, 12 nane brune fredde. Tra queste c’erano W1935, un oggetto scoperto dal citizen scientist Dan Caselden, che ha lavorato con il progetto Backyard Worlds zooniverse e W2220, un oggetto scoperto grazie al Wide Field Infrared Survey Explorer della NASA.
Webb ha rivelato in modo estremamente dettagliato che W1935 e W2220 sembrano essere quasi cloni l’uno dell’altro per composizione. Condividono anche luminosità, temperature e caratteristiche spettrali simili di acqua, ammoniaca, monossido di carbonio e anidride carbonica. L’eccezione più evidente è che W1935 ha mostrato un’emissione di metano, contrariamente alla caratteristica di assorbimento prevista per W2220. L’emissione è stata osservata a una distinta lunghezza d’onda dell’infrarosso, alla quale Webb è particolarmente sensibile.
“Ci aspettavamo di vedere del metano, perché il metano è presente in tutte queste nane brune ma, invece di assorbire la luce, abbiamo visto esattamente il contrario: Il metano brillava”, ha detto Faherty. Il gruppo di astronomi ha usato modelli al computer per dedurre cosa potesse esserci dietro l’emissione. Il lavoro di modellazione ha mostrato che W2220 aveva una distribuzione attesa dell’energia in tutta l’atmosfera, diventando più freddo con l’aumentare dell’altitudine. La modellazione di W1935, invece, ha mostrato un risultato sorprendente: il modello migliore ha favorito un’inversione di temperatura, in cui l’atmosfera si è riscaldata con l’aumentare dell’altitudine.
“Questa inversione di temperatura è davvero sconcertante”, ha dichiarato Ben Burningham, dell’Università di Hertfordshire in Inghilterra, modellatore principale e coautore del lavoro. “Abbiamo visto questo tipo di fenomeno nei pianeti con una stella vicina che può riscaldare la stratosfera, ma vederlo in un oggetto senza un’evidente fonte di calore esterna è sorprendente”, ha continuato Burningham.
Rivolgendo lo sguardo al sistema solare, la squadra di scienziati si è resa conto che le inversioni di temperatura sono importanti in pianeti come Giove e Saturno. Si sta ancora lavorando per capire le cause del loro riscaldamento stratosferico, ma le principali teorie per il sistema solare prevedono il riscaldamento esterno da parte delle aurore e, in seconda analisi il trasporto interno di energia dalle profondità dell’atmosfera.
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 identificato nelle aurore la spiegazione più probabile. Per caratterizzare ulteriormente il fenomeno, sono state condotte ricerche con telescopi a terra come l’Osservatorio Keck alla ricerca di firme infrarosse provenienti da queste nane brune che emettono radio, ma non hanno dato risultati.
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 al di fuori del nostro sistema solare, con una temperatura effettiva di circa 400 gradi Fahrenheit, ovvero 200 gradi Celsius, circa 600 gradi Fahrenheit più caldo di Giove.
Nel nostro sistema solare il vento solare è il principale responsabile dei processi aurorali, con lune attive come Io ed Encelado che svolgono un ruolo per pianeti come Giove e Saturno, rispettivamente. W1935 non ha una stella compagna, quindi il vento stellare non può contribuire al fenomeno. È ancora da verificare se una luna attiva possa giocare un ruolo nell’emissione di metano su W1935.
“Con W1935, ora abbiamo un’estensione spettacolare di un fenomeno del sistema solare, senza che l’irradiazione stellare ci aiuti nella spiegazione”. Ha notato Faherty. “Con Webb, possiamo davvero ‘aprire il cappuccio’ della chimica e capire quanto simile o diverso possa essere il processo aurorale al di là del nostro sistema solare”, ha aggiunto Faherty.