Nana bruna

Una nana bruna è un oggetto che è fatto delle stesse cose delle stelle, ma non ha abbastanza massa per la fusione dell'idrogeno (la combinazione di atomi di idrogeno in atomi di elio). La fusione nucleare è ciò che fa brillare le stelle. Le nane brune non sono abbastanza massicce per fare questo, quindi non sono stelle normali. D'altra parte, non sono pianeti giganti regolari, perché brillano. Si pensa che siano molte, ma poche sono state trovate perché la loro magnitudine assoluta è piccola.

La loro massa è tra le giganti gassose più pesanti e le stelle più leggere, con un limite superiore intorno a 75-80 volte la massa di Giove (MJ). Le nane brune più massicce di 13 MJ si pensa che fondano il deuterio e quelle sopra ~65 MJ, fondono anche il litio.

Nonostante il loro nome, la maggior parte delle nane brune appare magenta all'occhio umano. La nana bruna conosciuta più vicina è WISE 1049-5319 a circa 6,5 anni luce, un sistema binario di nane brune scoperto nel 2013.

L'oggetto più piccolo è Gliese 229B, circa 20-50 volte la massa di Giove, che orbita attorno alla stella Gliese 229. Si trova nella costellazione di Lepus, a circa 19 anni luce dalla Terra.Zoom
L'oggetto più piccolo è Gliese 229B, circa 20-50 volte la massa di Giove, che orbita attorno alla stella Gliese 229. Si trova nella costellazione di Lepus, a circa 19 anni luce dalla Terra.

Scoperta

Negli anni '60 si è parlato di quelle che sono diventate note come nane brune. Furono proposti nomi alternativi per le nane brune, tra cui planetar e substar. Sono rimaste ipotetiche per decenni.

Le prime teorie suggerivano che un oggetto inferiore a 0,09 masse solari non sarebbe mai passato attraverso la normale evoluzione stellare. La scoperta della combustione del deuterio fino a 0,012 masse solari e l'impatto della formazione di polvere nelle atmosfere esterne fredde delle nane brune alla fine degli anni '80 ha messo in discussione queste teorie. Tuttavia, tali oggetti erano difficili da trovare perché non emettono quasi nessuna luce visibile. Le loro emissioni più forti sono nello spettro dell'infrarosso (IR), e i rivelatori IR a terra erano troppo imprecisi a quel tempo per identificare facilmente le nane brune.

Per molti anni, gli sforzi per scoprire le nane brune sono stati infruttuosi. Nel 1988, tuttavia, GD 165B è stata scoperta, mostrando nessuna delle caratteristiche che ci si aspettava da una stella nana rossa di bassa massa. Oggi, GD 165B è riconosciuta come il prototipo di una classe di oggetti ora chiamati "nane L". Anche se la scoperta della nana più fredda fu molto significativa all'epoca, si discusse se GD 165B dovesse essere classificata come una nana bruna o semplicemente come una stella di bassissima massa, perché osservativamente è molto difficile distinguere tra le due.

Poco dopo la scoperta di GD 165B, furono segnalate altre candidate nane brune. La maggior parte non è stata all'altezza della loro candidatura, tuttavia, perché l'assenza di litio ha dimostrato che si trattava di oggetti stellari. Le vere stelle bruciano il loro litio in poco più di 100 milioni di anni, mentre le nane brune non lo fanno. Confusamente, le nane brune hanno temperature e luminosità simili a quelle di alcune stelle vere. In altre parole, il rilevamento di litio nell'atmosfera di un oggetto significa che, se è più vecchio di 100 my, è una nana bruna.

Nel 1994/5 lo studio delle nane brune è cambiato con la scoperta di due oggetti substellari definiti (Teide 1 e Gliese 229B).

La prima nana bruna confermata è stata scoperta nel 1994. Chiamarono questo oggetto Teide 1 e fu trovato nell'ammasso aperto delle Pleiadi. Nature ha evidenziato "Nane brune scoperte, ufficiale" nella prima pagina di quel numero. La distanza, la composizione chimica e l'età di Teide 1 sono state stabilite perché si trova nel giovane ammasso stellare delle Pleiadi. La massa di Teide 1 è 55 volte quella di Giove, e chiaramente al di sotto del limite di massa stellare.

Più notevole era Gliese 229B, che si è scoperto avere una temperatura e una luminosità ben al di sotto della gamma stellare. In particolare, il suo spettro nel vicino infrarosso mostrava chiaramente una banda di assorbimento del metano a 2 micrometri, una caratteristica che era stata precedentemente osservata solo nell'atmosfera dei pianeti giganti e in quella della luna di Saturno Titano. Questa scoperta ha contribuito a stabilire un'altra classe spettrale ancora più fredda delle nane L, conosciuta come "nane T", di cui Gliese 229B è il prototipo.

Una nana bruna al di sotto delle 65 masse di Giove non è in grado di bruciare litio per fusione termonucleare in nessun momento della sua evoluzione. Dati spettrali di alta qualità hanno mostrato che Teide 1 aveva mantenuto la quantità iniziale di litio della nube molecolare originale da cui si sono formate le stelle delle Pleiadi. Questo ha dimostrato la mancanza di fusione termonucleare nel suo nucleo.

Teide 1 è stato considerato per qualche tempo l'oggetto più piccolo fuori dal sistema solare che fosse stato identificato tramite osservazione diretta. Da allora sono state identificate più di 1800 nane brune. Alcune sono molto vicine alla Terra come Epsilon Indi Ba e Bb, una coppia di nane brune legate gravitazionalmente ad una stella simile al Sole a circa 12 anni luce dal Sole, e WISE 1049-5319 un sistema binario di nane brune a circa 6,5 anni luce.

Impressione d'artista di una nana LZoom
Impressione d'artista di una nana L

Impressione d'artista di una nana TZoom
Impressione d'artista di una nana T

Impressione d'artista di una nana YZoom
Impressione d'artista di una nana Y

Problemi

Da alcuni anni si discute su quale criterio utilizzare per definire la separazione tra una nana bruna di massa molto bassa e un pianeta gigante (~13 masse di Giove). Una scuola di pensiero si basa sulla formazione e un'altra sulla fisica interna.

Domande e risposte

D: Cos'è una nana bruna?


R: Una nana bruna è un oggetto composto dagli stessi materiali delle stelle, ma manca di massa sufficiente per la fusione dell'idrogeno, che è ciò che fa brillare le stelle, il che significa che non sono stelle normali.

D: Perché le nane brune non sono considerate normali pianeti giganti?


R: Le nane brune non sono considerate pianeti giganti regolari perché brillano, il che non è una caratteristica dei pianeti giganti.

D: Perché le nane brune sono difficili da trovare?


R: Le nane brune sono difficili da trovare a causa della loro piccola magnitudine assoluta, nonostante siano numerose.

D: Qual è l'intervallo di massa di una nana bruna?


R: La massa di una nana bruna varia tra i giganti gassosi più pesanti e le stelle più leggere, con un limite superiore di circa 75-80 volte la massa di Giove.

D: Cosa succede quando una nana bruna ha una massa superiore a 13 MJ?


R: Quando una nana bruna fonde il deuterio, si ritiene che abbia una massa superiore a 13 MJ.

D: Cosa succede quando una nana bruna ha una massa superiore a ~65 MJ?


R: Si ritiene che le nane brune con una massa superiore a ~65 MJ fondano anche il litio.

D: Di che colore appare la maggior parte delle nane brune all'occhio umano?


R: Nonostante siano chiamate nane 'brune', la maggior parte di esse appaiono magenta all'occhio umano.

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