Il telescopio Webb riscrive il confine tra stelle e pianeti con nane brune da record

A cura di Roberto Zonca

Nel vivaio cosmico IC 348 emergono oggetti di appena due masse gioviane, accompagnati da dischi di gas e firme chimiche ancora misteriose

LA NOTIZIA IN BREVE – Le osservazioni del James Webb stanno spingendo sempre più in basso il limite conosciuto della formazione substellare. In IC 348, un giovane ammasso della costellazione di Perseo, sono stati identificati oggetti con una massa stimata di appena due volte quella di Giove. Numeri così bassi complicano la distinzione tradizionale tra nane brune e pianeti giganti, perché la massa da sola non basta più a raccontarne l’origine. A rendere il quadro ancora più interessante contribuisce la presenza, attorno a una delle sorgenti, di un disco di gas e polveri, possibile residuo del processo di formazione. Negli spettri compare inoltre una firma chimica a 3,4 micrometri, attribuita a un idrocarburo ancora non identificato con certezza. Il risultato apre nuove domande su quanto possa essere piccolo un corpo nato direttamente dal collasso di una nube molecolare.

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L’APPROFONDIMENTO – A mille anni luce dalla Terra, nella costellazione di Perseo, c’è un luogo dove le stelle “stanno ancora nascendo”. Si chiama IC 348 e il James Webb Space Telescope l’ha osservato con una precisione mai raggiunta prima. Nell’immagine, diffusa recentemente dagli scienziati della Nasa, compaiono filamenti di gas, protostelle, getti di materia e strutture luminose scavate nella nebulosa. Ma la scoperta più interessante si nasconde nei punti meno appariscenti: oggetti così piccoli da avere una massa stimata di appena due volte quella di Giove.

Sono giovani nane brune, corpi nati nello stesso ambiente delle stelle ma rimasti troppo leggeri per diventarlo davvero. Il gruppo guidato da Kevin Luhman, della Pennsylvania State University, le ha individuate spingendo Webb verso una regione della formazione stellare che fino a pochi anni fa era quasi fuori portata.

Dentro una nursery stellare ancora in piena attività

La grande immagine di IC 348, nonostante l’apparenza, racconta un ambiente tutt’altro che tranquillo. Nella parte alta della nebulosa alcune protostelle espellono materia nello spazio formando lunghi getti. Quando questi incontrano il gas circostante compaiono gli oggetti di Herbig-Haro, strutture che permettono agli astronomi di seguire quasi in diretta le prime fasi della vita stellare.

Uno dei più evidenti è HH 797. A prima vista sembra un unico getto. Webb ha mostrato che dietro quella struttura si nascondono invece due protostelle, ciascuna con il proprio flusso di materia, orientate quasi nella stessa direzione. Poco più in là compare HH 211, con getti più sottili e una geometria che ricorda una spirale.

La scoperta si nasconde nei punti più deboli

Luhman e i suoi collaboratori avevano già scandagliato IC 348 nelle prime campagne del Webb, trovando nane brune da tre o quattro masse gioviane. Le osservazioni successive sono scese ancora più in profondità. Con NIRCam sono stati selezionati gli oggetti più deboli; con NIRSpec è stata poi analizzata la loro luce. Da quella selezione sono emersi nuovi membri dell’ammasso, alcuni dei quali si collocano intorno alle due masse di Giove.

Due masse gioviane fanno pensare immediatamente a un pianeta. Ma questi oggetti non sono stati trovati in orbita attorno a una stella e non sembrano essere nati dentro un normale disco planetario. Si trovano invece dentro una regione di formazione stellare e tutto indica che abbiano seguito un percorso simile a quello delle stelle e delle altre nane brune. La loro esistenza suggerisce che il collasso delle nubi di gas possa produrre corpi molto più piccoli di quanto si riuscisse a osservare fino a pochi anni fa.

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Quanto in basso può spingersi la formazione stellare

Il valore di due masse gioviane non va letto come una misura assoluta. È una stima ottenuta confrontando luminosità, temperatura ed età degli oggetti con i modelli di evoluzione delle giovani nane brune. A masse tanto basse le incertezze aumentano. Webb sta trovando membri dell’ammasso sempre più deboli e leggeri, spingendo verso il basso il limite osservato della formazione substellare.

Ed è questo il punto che rende IC 348 così importante per la scienza. Se un corpo di appena due masse di Giove può nascere direttamente all’interno di una nube stellare, allora il confine tra pianeti giganti e nane brune diventa molto più sfumato di quanto suggerisca la sola massa.

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Un disco attorno a un corpo grande quanto un pianeta

E uno di questi oggetti riserva un’altra sorpresa. Attorno a una delle nane brune più leggere compare infatti un eccesso di emissione infrarossa compatibile con la presenza di un disco di gas e polveri. È il materiale che, in altri sistemi, può dare origine ai pianeti. La situazione è insolita: al centro del disco non c’è una giovane stella, ma un corpo con una massa paragonabile a quella di un pianeta gigante. Allo stato attuali gli astrofisici non sanno dire se da quel materiale nascerà qualcosa. Il disco potrebbe disperdersi senza produrre altri corpi, oppure generare oggetti ancora più piccoli.

Una firma chimica ancora senza nome

Webb ha trovato anche un altro indizio inatteso. Negli spettri delle nane brune più fredde compare una firma intorno a 3,4 micrometri, attribuita a un idrocarburo non ancora identificato con certezza. Il segnale tende a emergere proprio negli oggetti meno massicci del campione.

Il gruppo di ricerca ha persino proposto per queste nane brune una nuova classe spettrale, indicata con la lettera H. È ancora presto per sapere se la proposta entrerà nella classificazione astronomica: serviranno altri oggetti e altre osservazioni. Ma il fatto che una caratteristica simile compaia ripetutamente negli esemplari più freddi lascia pensare che Webb stia facendo emergere una popolazione che finora era rimasta quasi invisibile.

In una sola immagine, molte età dell’Universo

IC 348 diventa qualcosa di più di una bella immagine del cosmo. Nello stesso campo convivono protostelle che stanno ancora accumulando materia, getti che attraversano la nebulosa, stelle giovani, nane brune minuscole e, molto più lontano, galassie che appartengono a un’altra scala dell’Universo.

Roberto Zonca

Roberto Zonca è giornalista professionista, attivo nell’informazione digitale dal 2000. Ha lavorato per oltre venticinque anni nella redazione di Tiscali News, testata considerata tra le esperienze storiche del giornalismo online italiano, nata nella stagione pionieristica del web e cresciuta insieme alla trasformazione digitale del Paese. Oggi dirige GiornaleTecnologico.net.