Attraversando il diagramma di Hertzsprung-Russell dalle masse maggiori a quelle minori, si incontrano stelle con struttura interna, proprietà ed evoluzione totalmente diverse. Il limite inferiore in termini di massa per una stella è di 0.075 masse solari: al di sotto di questa soglia, infatti, il nucleo non riesce a innescare le reazioni termonucleari di fusione dell’idrogeno. Ciò nonostante, tra il dominio stellare e quello dei pianeti esiste una classe di oggetti di straordinario interesse scientifico: quello delle nane brune.
Immagine di Westerlund 2 ottenuta dal telescopio spaziale James Webb con gli strumenti NirCam e Miri. Crediti: Esa/Webb, Nasa & Csa, V. Almendros-Abad, M. Guarcello, K. Monsch, and the Ewocs Team
Troppo grandi per essere pianeti e troppo piccole per essere stelle, le nane brune sono oggetti compatti e freddi che perdono lentamente energia nel corso della loro evoluzione. Molte linee di ricerca e progetti mirano a comprenderne i meccanismi principali di formazione, la struttura interna, l’intensa attività magnetica, le caratteristiche atmosferiche e la possibilità che possano ospitare sistemi planetari. Essendo oggetti piccoli e freddi, la loro radiazione è debole, il che rende l’individuazione e lo studio un compito complesso.
Tipicamente, le nane brune vengono scoperte solo nelle immediate vicinanze del Sole. Questo, tuttavia, pone forti limiti alla nostra comprensione dei loro processi di formazione ed evoluzione. Gli ambienti attorno al Sole sono infatti molto simili tra loro, caratterizzati da bassa massa e bassa energia. Al contrario, è di grande rilevanza scientifica individuare nane brune in ambienti stellari giovani e massicci, come i superammassi stellari, dove è possibile comprendere come la formazione e l’evoluzione di questi oggetti variano in funzione dell’ambiente circostante.
Grazie alle sue eccezionali caratteristiche, il James Webb Space Telescope (Jwst) è lo strumento ideale per osservare nane brune in ambienti stellari affollati e distanti. In particolare, la collaborazione Extended Westerlund 1 and 2 Open Clusters Survey (Ewocs) ha ottenuto con Jwst osservazioni del superammasso stellare Westerlund 2, situato a una distanza di circa ventimila anni luce dal Sole.
Victor lmendros-Abad, primo autore dello studio su Westerlund 2 in uscita su A&A. Crediti: Inaf Palermo
Un team di ricerca guidato dall’astrofisico Victor Almendros-Abad dell’Inaf di Palermo ha analizzato i dati di Westerlund 2 ottenuti con la fotocamera NirCam di Jwst allo scopo di identificare la sua popolazione substellare. Alcuni filtri fotometrici utilizzati per le osservazioni sono stati progettati per isolare le bande di assorbimento specifiche delle molecole che popolano l’atmosfera delle nane brune. Questo accorgimento ha permesso di identificare e isolare ben 353 candidati oggetti substellari in Westerlund 2, spingendosi fino a masse di appena dieci volte quella di Giove. È la prima volta che una simile popolazione substellare, estesa a masse così basse, viene identificata all’interno di un superammasso stellare: un campione di enorme importanza per comprendere i meccanismi di nascita delle nane brune in ambienti di formazione stellare ad alta energia.
«Ciò che mi ha sorpreso di più», dice Almendros-Abad, «è quanta informazione sia nascosta in queste immagini. Jwst non offre soltanto una sensibilità straordinaria: alcuni dei filtri utilizzati per queste osservazioni sono stati scelti appositamente per campionare caratteristiche prodotte da molecole come l’acqua nelle atmosfere di oggetti molto freddi. Combinando la luminosità misurata attraverso molti filtri diversi, possiamo ottenere una sorta di “impronta digitale” a bassa risoluzione di ogni sorgente e distinguere promettenti candidate nane brune tra le migliaia di stelle presenti nelle immagini. Vedere emergere la sequenza delle nane brune da dati ottenuti a più di quattromila parsec di distanza mostra in modo molto concreto quanto Jwst abbia cambiato radicalmente ciò che siamo in grado di studiare».
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dell’Aarticolo in uscita su Astronomy & Astrophysics “EWOCS-IX: JWST/NIRCam observations of Westerlund 2 – Identification of candidate substellar members”, di V. Almendros-Abad, M.G. Guarcello, K. Muzic, A. Scholz, M. Andersen, A. Bayo, W. Best, D. Capela, M. Gennaro, A. Ginsburg, J.B. Lovell, K. Monsch, E. Moraux, L. Prisinzano, T. Rom, E. Sabbi, P. Zeidler, C. Argiroffi, R. Bonito, D. Calzetti, V. Cusimano, F. Damiani, J.J. Drake, T.J. Haworth, N.D. Richardson, M. Robberto, S. Sciortino, N.J. Wright e T. Ziliotto