Una nana bruna ed il suo pianeta a 170 anni luce dalla Terra

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Credit: ESA

Gli astronomi hanno utilizzato l’Osservatorio Spaziale Herschel dell’ESA per osservare 2M1207, una nana bruna con il suo disco circumstellare e un compagno planetario cinque volte più massiccio di Giove. Questi nuovi dati forniscono la prima immagine di questo sistema preso a lunghezze d’onda sub-millimetriche. La presenza di un disco di massa intorno a questa nana bruna di dieci milioni di anni suggerisce che la sua compagna planetaria si sia formata direttamente dalla frammentazione del disco. Questo riapre il dibattito su come i pianeti giganti si formano attorno oggetti stellari e sub-stellari. Le nane brune sono una classe sconcertante di oggetti a metà tra lo stato di stella e di pianeta. Non sono abbastanza massicce per innescare la fusione dell’idrogeno nei loro nuclei, come fanno le stelle, ma sono più massicce dei pianeti e quindi in grado – a differenza dei pianeti – di bruciare deuterio per un breve periodo al loro interno. La prima nana bruna fu scoperta nel 1995, e gli astronomi da quel momento ne hanno scoperte centinaia nella nostra Galassia, la Via Lattea, e hanno speculato circa l’origine di questi corpi celesti curiosi. Come le stelle, un certo numero di nane brune sono circondate da dischi di gas e polveri, molto simili a dischi circumstellari visti attorno a stelle giovani. Una manciata di loro sono anche note per possedere compagni planetari con le proprietà dei giganti gassosi e delle masse simili o superiori a Giove. Dal momento che la separazione tra questi oggetti di massa planetaria e dei loro organi madri è superiore ai valori tipici osservati per la maggior parte degli esopianeti gassosi giganti, questi compagni delle nane brune planetarie sono utili quando si studiano come i pianeti giganti si siano potuti formare a distanze piuttosto grandi dalle rispettive stelle. Due principali meccanismi fisici sono noti per causare la formazione di pianeti giganti gassosi attorno alle stelle: lo scenario ‘standard’ di accrescimento del nucleo e l’alternativa con la frammentazione del disco. La teoria suggerisce che la frammentazione del disco è più efficiente a formare pianeti giganti a grandi distanze: le nane brune con compagni planetari sono quindi un banco di prova cruciale per sondare la validità di questo modello alternativo per la formazione dei pianeti giganti. A questo scopo, un gruppo di astronomi guidati da Basmah Riaz presso l’Università di Hertfordshire, nel Regno Unito, hanno sfruttato l’Osservatorio Spaziale Herschel dell’ESA per studiare una nana bruna peculiare che è nota per possedere sia un disco che un compagno planetario.

Nominata 2MASSW J1207334-393254, o 2M1207 in breve, questa nana bruna è piuttosto evoluta, con un’età di circa 10 milioni di anni, e una massa che equivale a 25 volte quella di Giove. Si trova ad una distanza di circa 170 anni luce da noi e appartiene al gruppo stella a bassa densità. Il compagno planetario della nana bruna, un gigante gassoso cinque volte più massiccio di Giove, è stato il primo pianeta extrasolare ad essere stato direttamente ripreso e si trova ad una distanza molto grande da 2M1207 – la distanza prevista tra i due corpi di 55 unità astronomiche (UA) . Dal momento che 2M1207 è la più antica nota nana bruna in possesso di un disco, gli astronomi hanno indagato su una possibile correlazione che suggerisce che i processi di dissipazione di dischi in giro per le nane brune possono avvenire su scale temporali molto più lente rispetto ai dischi che circondano le vere e proprie stelle, dove viene registrato un trend decrescente di masse per gli oggetti sempre più grandi. Conoscendo la massa e le dimensioni del disco intorno a questa nana bruna, gli astronomi hanno anche acquisito conoscenze decisive verso l’origine del suo compagno planetario. Il sistema costituito da 2M1207 e la sua compagna rappresenta la prima prova che dimostra che i corpi planetari di massa possono provenire dalla frammentazione del disco, sfidando così lo scenario attualmente più importante per la formazione dei pianeti giganti. Tuttavia, vi sono anche altri possibili scenari che possano spiegare la formazione di questo sistema. Ad esempio, supponiamo che sia la nana bruna che il suo compagno si fossero formati contemporaneamente come un sistema binario! In questo caso il problema rimarrebbe aperto. I risultati si basano su osservazioni della nana bruna 2MASSW J1207334-393254, o 2M1207 in breve, che sono stati eseguiti con lo strumento SPIRE su Herschel a lunghezze d’onda di 250 micron, 350 e 500. Gli altri astronomi coinvolti in questo studio sono G. Lodato (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italia), D. Stamatellos (Scuola di Fisica e Astronomia, Università di Cardiff, UK) e JE Gizis (Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Delaware, USA).