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Misurata la velocità del vento su una nana bruna

15 aprile 2020
Le nane brune sono oggetti grandi almeno 13 volte la massa di Giove ma non abbastanza massicci da iniziare la fusione nucleare nel suo nucleo, che è la caratteristica distintiva di una stella. Grazie ai dati raccolti dal telescopio spaziale Spitzer la NASA è riuscita a misurare per la prima volta la velocità del vento su una nana bruna: comprendere le atmosfere di questi oggetti potrebbe aiutarci a capire meglio i pianeti giganti in orbita attorno 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 raggiungere questo il risultato è stato utilizzato un nuovo metodo che potrebbe anche essere applicato per conoscere le atmosfere dei pianeti dominati dal 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 recentemente ritirato dalla NASA, lo Spitzer Space Telescope, gestito dal Jet Propulsion Laboratory.
Ufficialmente denominato 2MASS J10475385+2124234, l'obiettivo del nuovo studio è stata una nana bruna situato a 32 anni luce dalla Terra, una distanza piuttosto vicina da un punto di vista cosmico, dove i ricercatori hanno rilevato venti che si muovono intorno al pianeta a 2.293 km/h. Per fare un confronto, l'atmosfera di Nettuno presenta i venti più veloci del Sistema Solare che si propagano a circa oltre i 2000 km/h.
Misurare la velocità del vento sulla Terra significa sincronizzare il movimento della nostra atmosfera gassosa rispetto alla superficie solida del pianeta. Ma le nane brune sono composte quasi interamente di gas, quindi il "vento" è riferito a qualcosa di leggermente diverso. Gli strati superiori di una nana bruna sono parti in cui i gas possono muoversi liberamente. Ad una certa profondità la pressione diventa così intensa che il gas si comporta come un'unica sfera solida che è considerata lo strato interno dell'oggetto. Mentre l'interno ruota trascina gli strati superiori - l'atmosfera - in modo che i due componenti risultano quasi sincronizzati. Nel loro studio, i ricercatori hanno misurato proprio la leggera differenza di velocità dell'atmosfera della nana bruna rispetto al suo interno. Con una temperatura atmosferica di oltre 600° questa particolare nana bruna irradia una notevole quantità di luce infrarossa. Grazie alla sua vicinanza alla Terra e alla radiazione infrarossa, Spitzer ha potuto rilevare le caratteristiche della sua atmosfera durante la rotazione sia dentro che fuori dal campo visivo, determinando così la velocità di rotazione atmosferica.
Per determinare la velocità dello strato interno ci si è invece concentrati sul campo magnetico della nana bruna. Uno studio relativamente recente ha scoperto che la parte interna delle nane brune genera forti campi magnetici. Durante la sua rotazione, il campo magnetico accelera le particelle cariche che a loro volta producono onde radio rilevate con i grandi radiotelescopi dell'array di Karl G. Jansky, nel New Mexico.

Atmosfere planetarie

Il nuovo studio è stato il primo a utilizzare questo metodo comparativo per misurare la velocità del vento su una nana bruna. Per misurarne l'accuratezza, il gruppo ha testato la tecnica usando osservazioni a infrarossi e radio di Giove, anch'esso composto principalmente da gas e con una struttura fisica simile a una piccola nana bruna. Il team ha confrontato le velocità di rotazione dell'atmosfera e degli interni di Giove utilizzando dati simili a quelli che erano stati in grado di raccogliere per la nana bruna molto più distante. Hanno quindi confermato il loro calcolo per la velocità del vento di Giove utilizzando dati più dettagliati raccolti da sonde che hanno studiato da vicino Giove, confermando così che il sistema utilizzato per la nana bruna era valido.
In precedenza gli scienziati avevano usato Spitzer per dedurre la presenza di venti su esopianeti e nane brune in base alle variazioni della luminosità delle loro atmosfere alla luce infrarossa. E i dati del High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) ad alta precisione, uno strumento dell'Osservatorio europeo di La Silla in Cile, sono stati usati per effettuare una misurazione diretta della velocità del vento su un pianeta distante. Ma questo nuovo documento rappresenta la prima volta che gli scienziati hanno confrontato direttamente la velocità atmosferica con la velocità degli interni di una nana bruna. E Il metodo impiegato, secondo gli autori, potrebbe essere applicato per altre nane brune o ai grandi pianeti, se le condizioni sono giuste. Questa tecnica potrebbe essere davvero preziosa per fornire informazioni sulla dinamica delle atmosfere degli esopianeti, sarebbe dunque possibile imparare come la chimica, la dinamica atmosferica e l'ambiente attorno a un oggetto siano interconnessi tra loro con la prospettiva di ottenere una visione davvero completa di questi mondi.
Lo Spitzer Space Telescope è stato messo fuori servizio il 30 gennaio 2020, dopo più di 16 anni di attività nello spazio e i dati scientifici di Spitzer continuano ad essere analizzati dalla comunità scientifica tramite l'archivio dati di Spitzer situato nell'Infrared Science Archive ospitato presso l'IPAC di Caltech.

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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