UH astronomers discover coolest objects outside solar system

Little green object is WISEPC J045853.90+643451.9 ,  first brown dwarf discovery by WISE NASA Space Infrared Telescope. This object is placed between 18 and 30 light year from Earth, and it's the coolest body known with  only 326°C.  Credit: NASA

University of Hertfordshire astronomers have measured the distances to 11 of the coolest objects ever discovered outside our solar system. The 11 cool objects – known as brown dwarfs – have masses intermediate between stars (more massive) and planets (less massive), and as a result do not burn hydrogen, making them extremely cool.

The work led by Federico Marocco, an astrophysicist in UH’s Centre for Astrophysics Research was carried out as part of a collaboration between UH, the astronomical Observatory of Torino and a wider international group.

Astronomers call very cool brown dwarfs like the ones discovered ‘T dwarfs’ and Federico and his team have discovered many of the coolest known examples ever found.

Federico Marocco said: “A proper understanding of such cool atmospheres is important for interpreting warm giant planets as well as brown dwarfs, since planet temperatures can overlap with those of brown dwarfs”.

The team made deep infrared measurements of each T dwarf with the UK Infrared telescope over a 4 year period and this allowed them to determine the distances of each dwarf. It was revealed the dwarfs were between 30 and 300 light years from the Sun. The new distance measurements show that our understanding of cool atmospheres is incomplete, and establishes benchmark measurements that future theories will be tested against.

“It may be that our solar system’s nearest neighbor is an undiscovered brown dwarf, just waiting to be revealed” said Marocco. The new discoveries have been published in a paper in the academic journal Astronomy & Astrophysics. 

Astronomi Misurano Le Distanze Fino Ai Più Freddi Oggetti Fuori Dal Sistema Solare

Un gruppo di astronomi dell’Università di Hertfordshire, nella Gran Bretagna, ha misurato la distanza a 11 dei corpi più freddi che conosciamo fuori dal Sistema Solare. Questi oggetti, conosciuti come nane brune, hanno masse che sono intermedie tra le stelle ed i pianeti giganti gassosi. Non bruciano idrogeno come le stelle, e questo le rende molto più fredde, ma sono diverse volte più massicce dei pianeti gassosi giganti.

Le nane brune si formano, esattamente come le stelle, per il collasso gravitazionale di nubi di gas nello spazio, ma che hanno massa insufficiente (inferiore all’8% circa della massa del Sole) per innescare reazioni di fusione nucleare al loro interno. Tali stelle irraggerebbero una debole luce per un centinaio di milioni di anni circa, in conseguenza alla conversione di energia gravitazionale in calore.
Nei primi stadi della loro vita, la maggior parte delle nane brune in effetti genera un po’ di energia grazie alla fusione del litio e del deuterio, elementi molto facili da fondere e che sono infatti assenti nelle stelle normali (che li bruciano immediatamente). La presenza del litio è un forte indizio che un oggetto di piccola massa sia una nana bruna.

La nana bruna Gliese 229 B è il puntino di luce al centro del'immagine, accanto alla ben più luminosa Gliese 229 A. Credit: Palomar Observatory/Hubble Space Telescope.

Le nane brune continuano a brillare nel rosso e soprattutto nell’infrarosso dopo che hanno finito il deuterio. La sorgente di energia per il loro brillare è semplicemente il calore rimasto dalla combustione del deuterio e del litio, che però si riduce lentamente. Le atmosfere delle poche nane brune conosciute hanno temperature che variano da 2.300 a 700 °C. Tutte le nane brune si raffreddano nel tempo, perché non hanno altre fonti di energia. Quelle più grosse si raffreddano più lentamente.

Si conoscono solo poche nane brune, e molte neppure certe. Si pensa che siano stelle molto comuni, ma la loro osservazione è resa difficile dalla loro bassissima luminosità, che le rende invisibili già a piccole distanze.
Il limite tra un pianeta gigante gassoso e una nana bruna è piuttosto indefinito, e la demarcazione maggiore è posta sul modo in cui sono nati: un pianeta orbita attorno a una stella più grande, mentre una nana bruna si è formata per collasso diretto di una nebulosa, come le stelle normali. L’unica differenza rispetto a queste è che la nebulosa era troppo piccola.

Piccolo schema che mostra le differenze nell'evoluzione di una stella come il Sole e una nana bruna

Recenti osservazioni delle nane brune conosciute hanno rivelato delle variazioni di luminosità regolari nell’infrarosso, che suggeriscono la presenza di nubi relativamente fredde e opache nell’atmosfera. Si pensa che la “meteorologia” di questi oggetti sia estremamente violenta, comparabile ma molto maggiore delle famose tempeste di Giove.

La ricerca di cui si parla in questo particolare caso, è stata portata avanti da Federico Marocco, un astrofisico del Centro di Ricerca Astrofisica dell’Università di Hetfordshire, come parte di una più grande collaborazione tra questa e l’Università di Torino.

Gli astronomi chiamano queste nane brune estremamente fredde con il nome di “Nane T” e Federico ed il suo team hanno scoperto alcune delle nane T più fredde.

Diagramma che mette vicine alcune nane brune conosciute, con segnate le relative temperature, e accanto in fondo a destra, anche Giove, per farsi un idea.

“Riuscire a capire bene corpi cosi freddi e le dinamiche che caratterizzano le loro atmosfere è importante per interpretare poi meglio anche i corpi caldi che conosciamo, non solo le nane brune. Eppoi spesso le temperature dei pianeti sono paragonabili a quelle di questo tipo di nane brune.”

Il team ha effettuato misurazioni di ogni nana bruna di classe T con un telescopi a infrarossi britannico, durante un periodo di 4 anni, e questo ha permesso loro di determinare la distanza precisa di ognuno di questi corpi. Le nuove misurazioni mostrano che le teorie che abbiamo a riguardo sono ancora incomplete e saranno necessarie nuove indagini più approfondite.
“Può facilmente darsi che il corpo stellare più vicino a noi sia una nana bruna non ancora scoperto, ma che no vede l’ora di farsi vedere.” ha spiegato Marocco. 

La nuova scoperta è stata pubblicata sulla rivista “Astronomy & Astrophysics”.

http://www.herts.ac.uk/news-and-events/latest-news/UH-astronomers-discover-coolest-objects-outside-solar-system.cfm

A cura di Adrian