La NASA misura la velocità del vento su una nana bruna


 

questa immagine artistica mostra una nana bruna, un oggetto che ha almeno 13 volte la massa di Giove, ma non abbastanza massiccio per iniziare la fusione nucleare nel suo nucleo, che è la caratteristica distintiva di una stella. Gli scienziati che utilizzando il telescopio spaziale Spitzer della NASA hanno recentemente effettuato la prima misurazione diretta del vento su una nana bruna.

Non propriamente pianeti e nemmeno stelle, le nane brune sono degli oggetti cosmici intermedi. Imparare a conoscere le loro atmosfere potrebbe aiutarci a capire i pianeti giganti intorno ad altre stelle.

Per la prima volta, gli scienziati hanno misurato direttamente la velocità del vento su una nana bruna, un oggetto più grande di Giove (il più grande pianeta del nostro sistema solare) ma non abbastanza massiccio da diventare una stella. Per ottenere il risultato, hanno usato un nuovo metodo che potrebbe essere applicato anche per conoscere le atmosfere dei pianeti dominati dai gas al di fuori del nostro sistema solare.

Descritto in un articolo della rivista Science, il lavoro combina le osservazioni di un gruppo di radiotelescopi con i dati dell’osservatorio a infrarossi della NASA recentemente dismesso, lo Spitzer Space Telescope, gestito dal Jet Propulsion Laboratory dell’agenzia nella California del Sud.

Ufficialmente chiamato 2MASS J10475385+2124234, l’obiettivo del nuovo studio è una nana bruna situata a 32 anni luce dalla Terra – a due passi, cosmicamente parlando, dalla Terra. I ricercatori hanno rilevato venti che si muovevano intorno al pianeta a 2.293 km/h. Per fare un confronto, l’atmosfera di Nettuno che è caratterizzata dai venti più veloci del sistema solare, dove soffiano a più di 2.000 km/h.

Misurare la velocità del vento sulla Terra significa misurare il moto della nostra atmosfera gassosa rispetto alla superficie solida del pianeta. Ma le nane brune sono composte quasi interamente da gas, quindi “vento” si riferisce a qualcosa di leggermente diverso. Gli strati superiori di una nana bruna sono dove porzioni di gas possono muoversi indipendentemente. Ad una certa profondità, la pressione diventa così intensa che il gas si comporta come una singola sfera solida che è considerata l’interno dell’oggetto. Mentre l’interno ruota, attira gli strati superiori – l’atmosfera – in modo che i due siano quasi in sincronia.

Le nane brune sono più massicce dei pianeti, ma non così massicce come le stelle. In generale, hanno tra 13 e 80 volte la massa di Giove. Una nana bruna diventa una stella se la pressione del suo nucleo diventa abbastanza alta da avviare la fusione nucleare.

Nel loro studio, i ricercatori hanno misurato la leggera differenza di velocità dell’atmosfera della nana bruna rispetto al suo interno. Con una temperatura atmosferica di oltre 600 gradi Celsius, questa particolare nana bruna irradia una notevole quantità di luce infrarossa. Questa caratteristica, unita alla sua vicinanza alla Terra, ha permesso a Spitzer di rilevare le caratteristiche dell’atmosfera della nana bruna durante la rotazione all’interno e all’esterno. Il team ha utilizzato queste caratteristiche per monitorare la velocità di rotazione atmosferica.

Per determinare la velocità dell’interno, si sono concentrati sul campo magnetico della nana bruna. Una scoperta relativamente recente ha trovato che gli interni delle nane brune generano forti campi magnetici. Mentre la nana bruna ruota, il campo magnetico accelera le particelle cariche che a loro volta producono onde radio, che i ricercatori hanno rilevato con i radiotelescopi nel Karl G. Jansky Very Large Array nel New Mexico.

Il nuovo studio è il primo a dimostrare questo metodo comparativo per misurare la velocità del vento su una nana bruna.

Per misurarne l’accuratezza, il gruppo ha testato la tecnica utilizzando osservazioni a infrarossi e radio di Giove, che è anche composto per lo più da gas e ha una struttura fisica simile a quella di una piccola nana bruna. Il gruppo ha confrontato le velocità di rotazione dell’atmosfera e dell’interno di Giove utilizzando dati simili a quelli che sono stati in grado di raccogliere per la nana bruna molto più lontana. Hanno poi confermato il loro calcolo per la velocità del vento di Giove utilizzando dati più dettagliati raccolti da sonde che hanno studiato Giove da vicino, dimostrando così che il loro approccio per la nana bruna ha funzionato.

In precedenza gli scienziati hanno utilizzato Spitzer per dedurre la presenza di venti sugli esopianeti e le nane brune in base alle variazioni di luminosità delle loro atmosfere nella luce infrarossa. E i dati dell’High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) – uno strumento del telescopio La Silla dell’Osservatorio Europeo del Sud in Cile – sono stati utilizzati per effettuare una misura diretta della velocità del vento su un pianeta lontano.

Ma il nuovo documento rappresenta la prima volta che gli scienziati hanno confrontato direttamente la velocità atmosferica con la velocità dell’interno di una nana bruna. Il metodo utilizzato potrebbe essere applicato ad altre nane brune o a grandi pianeti, secondo gli autori, se le condizioni fossero quelle giuste.

“Pensiamo che questa tecnica potrebbe essere davvero preziosa per fornire una visione della dinamica delle atmosfere degli esopianeti”, ha detto l’autrice principale Katelyn Allers, professore associato di fisica e astronomia alla Bucknell University di Lewisburg, Pennsylvania. “Ciò che è davvero emozionante è poter imparare come la chimica, la dinamica dell’atmosfera e l’ambiente intorno a un oggetto sono interconnessi, e la prospettiva di avere una visione davvero completa di questi mondi”.

Il telescopio spaziale Spitzer è stato dismesso il 30 gennaio 2020, dopo oltre 16 anni di lavoro nello spazio. Il JPL ha gestito le operazioni della missione Spitzer per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. I dati scientifici di Spitzer continuano ad essere analizzati dalla comunità scientifica attraverso l’archivio dati Spitzer situato presso l’Infrared Science Archive ospitato presso l’IPAC del Caltech.

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