Scoperta un’elusiva sostanza chimica che forma nuvole su un’antica nana bruna

Una nana bruna di 10 miliardi di anni, soprannominata The Accident, svela indizi sulla chimica della formazione delle nuvole su pianeti come Giove e Saturno.

Nella prima scoperta del suo genere, gli astronomi hanno trovato silano nell’atmosfera di un’antica nana bruna soprannominata L’incidente.

Questa molecola svolge un ruolo importante nella formazione delle nuvole nelle atmosfere dei giganti gassosi, ma per decenni ha eluso il rilevamento in pianeti come Giove e Saturno.

La scoperta è stata resa possibile grazie alle osservazioni complementari del telescopio Gemini South in Cile, finanziato dalla National Science Foundation, e del telescopio spaziale James Webb della NASA.

Le nane brune sono oggetti particolari che sono troppo massicci per essere considerati pianeti, ma non abbastanza massicci da sostenere la fusione nucleare come una stella.

Tra questa curiosa classe di oggetti, una nana bruna soprannominata L’Incidente si distingue per il suo mix unico di caratteristiche fisiche, che mostrano caratteristiche precedentemente viste solo nelle nane brune calde e giovani e altre precedentemente viste solo in quelle fresche e antiche.

Le proprietà dell’incidente sono molto insolite rispetto a tutte le altre stelle e nane brune conosciute, quindi è sfuggito ai metodi di rilevamento tipici.

È stato scoperto accidentalmente nel 2020 da un cittadino scienziato che partecipava al progetto di citizen science Backyard Worlds: Planet 9. Il suo strano profilo di luce ha suscitato l’interesse degli astronomi, che si sono rivolti a due dei più potenti telescopi terrestri e spaziali del mondo per scrutare la sua atmosfera e comprenderne meglio la natura e la composizione.

L’indagine è iniziata con l’astronomo Sandy Leggett che ha ottenuto immagini nel vicino infrarosso dell’incidente utilizzando il telescopio Gemini South in Cile, metà dell’Osservatorio Internazionale Gemini, finanziato in parte dalla National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti e gestito da NSF NOIRLab. Questo ha gettato le basi per ulteriori indagini, guidate dall’astronomo del NOIRLab Aaron Meisner, utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA.

“L’incidente è estremamente debole e Gemini South rimane l’unico telescopio terrestre che finora è stato in grado di rilevarlo”, afferma Meisner, co-autore dell’articolo che presenta questi risultati su Nature.

 “La rilevazione di Gemini ha posto le basi per le osservazioni con JWST, permettendoci di stimare il tempo di esposizione di cui avremmo bisogno per sondare gli strati atmosferici profondi di questo enigmatico oggetto e ottenere utili dati nel vicino infrarosso sulla sua composizione”.

Le osservazioni di Webb rivelarono una sorpresa. Nell’atmosfera dell’incidente, il team ha trovato una firma conclusiva del silano chimico – silicio legato con quattro atomi di idrogeno.

Gli scienziati planetari hanno da tempo previsto che questa molecola esiste nei giganti gassosi e che svolge un ruolo importante nella formazione delle nuvole all’interno delle loro atmosfere.

Nonostante decenni di ricerche, ha eluso il rilevamento nelle atmosfere dei giganti gassosi del nostro Sistema Solare, Giove e Saturno, così come le migliaia di atmosfere che gli scienziati hanno studiato sulle nane brune e sui giganti gassosi attorno ad altre stelle.

Questo segna la prima scoperta di silano in una nana bruna, in un esopianeta o in un oggetto del Sistema Solare.

Il fatto che questa molecola non sia stata rilevata da nessuna parte, tranne che in una singola, peculiare nana bruna, suggerisce qualcosa sulla chimica che si verifica in ambienti così antichi.

“A volte sono gli oggetti estremi che ci aiutano a capire cosa sta succedendo in quelli medi“, afferma Jackie Faherty, ricercatore presso l’American Museum of Natural History di New York City e autore principale dell’articolo.

Situato a circa 50 anni luce dalla Terra, The Accident si è probabilmente formato 10-12 miliardi di anni fa, il che lo rende una delle nane brune più antiche mai scoperte.

L’Universo ha quasi 14 miliardi di anni, il che significa che l’Incidente si è formato in un momento in cui il cosmo conteneva principalmente idrogeno ed elio, con tracce di altri elementi, tra cui il silicio.

Nel corso degli eoni, elementi come il carbonio, l’azoto e l’ossigeno si sono formati nei nuclei delle stelle, il che significa che i pianeti e le stelle che si sono formate più di recente possiedono più di questi elementi.

La presenza di silano nell’atmosfera di The Accident suggerisce che, in oggetti molto antichi, il silicio può legarsi con l’idrogeno per formare una molecola di luce che può raggiungere gli strati superiori dell’atmosfera di un gigante gassoso.

Ma negli oggetti che si sono formati più di recente, come Giove e Saturno, il silicio si lega con l’ossigeno più facilmente disponibile, creando molecole più pesanti che affondano in profondità sotto gli strati superficiali dell’atmosfera, dove non sono rilevabili dai nostri telescopi.

Le prove scoperte nell’atmosfera di The Accident confermano la comprensione degli astronomi di come si formano le nuvole sui giganti gassosi e offrono una visione critica di come la formazione primordiale possa influenzare la composizione dell’atmosfera di un pianeta.

Inoltre, rivela come un mondo formatosi miliardi di anni fa possa sembrare drasticamente diverso da un mondo formatosi agli albori del nostro Sistema Solare.

Immagine: NASA/JPL-Caltech

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