Un team di astronomi hanno risolto il mistero di lunga data sulla scarsa luminosità di Gliese 229B, nonostante la sua massa considerevole.
Il mistero di Gliese 229B
Un team guidato dal Caltech ha scoperto che la nana bruna è in realtà un sistema binario stretto, costituito da due nane brune che orbitano l’una attorno all’altra. Questa scoperta fornisce nuove intuizioni sulle nane brune binarie e pone nuove domande sulla loro formazione e prevalenza nel Cosmo.
Sin dalla sua scoperta nel 1995 da parte dei ricercatori del Caltech presso l’Osservatorio Palomar dell’istituto, sono stati scritti centinaia di articoli su Gliese 229B, la prima nana bruna conosciuta. Ma un mistero pressante è rimasto su questo globo: è insolitamente debole, data la sua massa sostanziale. In genere, le nane brune (oggetti celesti più pesanti dei giganti gassosi come Giove ma più leggeri delle stelle) di questa massa dovrebbero emettere molta più luce. Le misurazioni hanno indicato che Gliese 229B era circa 70 volte la massa di Giove, ma la sua luminosità non era all’altezza di questo peso.
Di recente, questo enigma è stato svelato da un team di astronomi internazionali guidato dal Caltech. Hanno scoperto che quella che si presumeva essere una singola nana bruna è in realtà composta da due nane brune in orbita ravvicinata, con una massa di circa 38 e 34 volte quella di Giove, che ruotano l’una attorno all’altra ogni 12 giorni. La luminosità osservata corrisponde alla luminosità prevista per due di queste nane brune più piccole e meno luminose, risolvendo l’annoso enigma della scarsa luminosità di Gliese 229B.
“Gliese 229B era considerata la nana bruna modello”, afferma Jerry W. Xuan, uno studente laureato che lavora con Dimitri Mawet, il professore di astronomia David Morrisroe. “E ora sappiamo che ci sbagliavamo dall’inizio sulla natura dell’oggetto. Non è uno, ma due. Semplicemente non siamo stati in grado di sondare separazioni così ravvicinate fino ad ora”. Xuan è l’autore principale di un nuovo studio, pubblicato, che riporta i risultati sulla rivista Nature.
Un altro studio indipendente su The Astrophysical Journal Letters, guidato da Sam Whitebook, uno studente laureato del Caltech, e Tim Brandt, un astronomo associato presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, ha anche concluso che Gliese 229B è una coppia di nane brune.
La scoperta solleva nuove domande su come si formino coppie di nane brune affiatate come questa e suggerisce che simili binarie di nane brune, o persino binarie di esopianeti , potrebbero essere in attesa di essere trovate. (Un esopianeta è un pianeta che orbita attorno a una stella diversa dal nostro Sole.)
“Questa scoperta che Gliese 229B è binario non solo risolve la recente tensione osservata tra la sua massa e luminosità, ma approfondisce anche in modo significativo la nostra comprensione delle nane brune, che si trovano a cavallo tra stelle e pianeti giganti”, afferma Mawet, che è anche un ricercatore senior presso il JPL , gestito da Caltech per la NASA.
Gliese 229B fu scoperto nel 1995 da un team del Caltech che includeva Rebecca Oppenheimer, allora studentessa laureata del Caltech; Shri Kulkarni, professore di astronomia e scienze planetarie George Ellery Hale; Keith Matthews, specialista di strumenti al Caltech; e altri colleghi. Gli astronomi utilizzarono l’Osservatorio Palomar per scoprire che Gliese 229B possedeva metano nella sua atmosfera, un fenomeno tipico dei giganti gassosi come Giove ma non delle stelle.
La scoperta segnò la prima rilevazione confermata di una classe di oggetti freddi simili a stelle chiamati nane brune, l’anello mancante tra pianeti e stelle, che era stato teorizzato circa 30 anni prima.
“Vedere il primo oggetto più piccolo di una stella in orbita attorno a un altro sole è stato esaltante”, afferma Oppenheimer, coautore del nuovo studio e astrofisico presso l’American Museum of Natural History. “Ha dato il via a un’industria artigianale di persone che cercavano stranezze come questa all’epoca, ma è rimasto un enigma per decenni”.
In effetti, quasi 30 anni dopo la sua scoperta e centinaia di osservazioni dopo, Gliese 229B continuava a lasciare perplessi gli astronomi con la sua inaspettata oscurità. Gli scienziati sospettavano che Gliese 229B potesse essere gemella, ma “per evitare di essere notata dagli astronomi per 30 anni, le due nane brune avrebbero dovuto essere molto vicine l’una all’altra”, afferma Xuan.
Per risolvere Gliese 229B in due oggetti, il team ha utilizzato due strumenti diversi, entrambi basati sul Very Large Telescope dell’Osservatorio europeo australe in Cile. Hanno utilizzato lo strumento GRAVITY , un interferometro che combina la luce di quattro diversi telescopi, per risolvere spazialmente il corpo in due, e hanno utilizzato lo strumento CRIRES+ (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph) per rilevare firme spettrali distinte dai due oggetti.
Quest’ultimo metodo ha comportato la misurazione del movimento (o spostamento Doppler) delle molecole nell’atmosfera delle nane brune, che indicava che un corpo era diretto verso di noi sulla Terra e l’altro lontano, e viceversa mentre i due orbitavano l’uno attorno all’altro.
“È così bello vedere che quasi 30 anni dopo, c’è stato un nuovo sviluppo”, dice Kulkarni, che non è un autore dell’articolo attuale. “Ora questo sistema binario stupisce di nuovo”.
Queste osservazioni, effettuate nell’arco di cinque mesi, hanno mostrato che il duo di nane brune, ora chiamate Gliese 229Ba e Gliese 229Bb, orbitano l’una attorno all’altra ogni 12 giorni con una separazione solo 16 volte maggiore della distanza tra la Terra e la Luna. Insieme, la coppia orbita attorno a una stella nana M (una stella più piccola e più rossa del nostro Sole) ogni 250 anni.
“Questi due mondi che ruotano l’uno attorno all’altro hanno in realtà un raggio inferiore a quello di Giove. Sembrerebbero piuttosto strani nel nostro cielo notturno se avessimo qualcosa di simile nel nostro sistema solare”, afferma Oppenheimer. “Questa è la scoperta più emozionante e affascinante nell’astrofisica substellare degli ultimi decenni”.
Come questa coppia vorticosa di orbite cosmiche si sia formata è ancora un mistero. Alcune teorie affermano che coppie di nane brune potrebbero formarsi all’interno dei dischi vorticosi di materiale che circondano una stella in formazione. Il disco si frammenterebbe in due semi di nane brune, che poi diventerebbero legate gravitazionalmente dopo un incontro ravvicinato. Resta da vedere se questi stessi meccanismi di formazione siano all’opera per formare coppie di pianeti attorno ad altre stelle.
In futuro, il team vorrebbe cercare binarie di nane brune in orbita ancora più ravvicinata con strumenti come il Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), sviluppato da un team guidato da Mawet presso il WM Keck Observatory alle Hawaii, e l’imminente High-resolution Infrared SPectrograph for Exoplanet Characterization (HISPEC) del Keck Observatory, in fase di costruzione presso il Caltech e altri laboratori da parte di un team guidato da Mawet.
“Il fatto che la prima compagna di una nana bruna conosciuta sia una binaria è di buon auspicio per gli sforzi in corso per trovarne altre”, afferma Xuan.