Nel 1995, i ricercatori del Caltech all’Osservatorio Palomar hanno osservato per la prima volta ciò che sembrava essere una nana bruna orbitante attorno a Gliese 229, una stella nana rossa situata a circa 19 anni luce dalla Terra. Da allora, questa nana bruna (Gliese 229 B) ha affascinato gli astronomi poiché appariva troppo debole rispetto alla sua massa. Con 70 volte la massa di Giove, avrebbe dovuto essere più luminosa rispetto a quanto osservato dai telescopi. Tuttavia, un team internazionale di astronomi guidato da Caltech ha recentemente risolto il mistero stabilendo che la nana bruna è in realtà un paio di gemelli strettamente orbitanti!

Lo studio è stato guidato da Jerry W. Xuan, un dottorando nel Dipartimento di Astronomia del Caltech, insieme a Dimitri Mawet, Professore di Astronomia. Hanno collaborato con un team internazionale proveniente da istituti e università di tutto il mondo, tra cui il Consiglio Nazionale delle Ricerche del Canada Herzberg, l’Osservatorio Astronomico Europeo Meridionale (ESO), l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), il Laboratorio di Studi Spaziali e Strumentazione in Astrofisica (LESIA), il Centro per l’Esplorazione e la Ricerca Interdisciplinare in Astrofisica (CIERA), il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) e Fisica Extraterrestre (MPE), e il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA.
Il loro studio, pubblicato su Nature, è stato finanziato da NASA e dalla Heising-Simons Foundation. Il team di ricerca che ha scoperto Gliese 229 B nel 1995 includeva diversi co-autori di questo ultimo studio, tra cui Rebecca Oppenheimer, all’epoca dottoranda al Caltech (ora astrofisica al Museo Americano di Storia Naturale); Shri Kulkarni, Professore di Astronomia e Scienza Planetaria; Keith Matthews, specialista in strumentazione al Caltech; e altri colleghi.

All’epoca, i loro risultati indicavano che Gliese 229 B possedeva metano nella propria atmosfera, caratteristica tipica dei pianeti gassosi, ma non delle stelle. Queste scoperte hanno rappresentato la prima conferma della presenza di una nana bruna, una classe di oggetti stellari freschi che costituiscono il “collegamento mancante” tra i pianeti gassosi e le stelle, previsto circa 30 anni prima. “Vedere il primo oggetto più piccolo di una stella orbitare attorno a un altro sole è stato esaltante,” ha detto Oppenheimer in un comunicato stampa del Caltech, “Ha dato il via a un’industria di ricerca di soggetti simili, ma è rimasto un enigma per decenni.”
“Gliese 229 B è stata considerata la nana bruna simbolo,” ha aggiunto Xuan. “E ora sappiamo di aver avuto torto sulla natura dell’oggetto. Non è uno, ma due. Non eravamo in grado di esaminare distanze così ravvicinate fino ad ora.” Centinaia di osservazioni sono state condotte dall’epoca della scoperta di Gliese 229 B quasi 30 anni fa, ma la sua debolezza è rimasta un mistero per gli astronomi. Anche se gli scienziati sospettavano che Gliese 229 B potesse essere una coppia di gemelli, le due nane brune dovevano trovarsi molto vicine l’una all’altra per sfuggire alla rilevazione per quasi tre decenni.
Per confermare questa teoria, il team ha utilizzato l’interferometro GRAVITY sul Very Large Telescope dell’ESO in Cile per risolvere spazialmente le due nane brune. Hanno poi impiegato lo strumento CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES+) per rilevare le loro distinte firme spettrali e misurare il loro spostamento Doppler. I risultati hanno mostrato che Gliese 229 B consiste di due nane brune (Gliese 229 Ba e Gliese 229 Bb) con masse circa 38 e 34 volte quella di Giove, che orbitano l’una attorno all’altra con un periodo di 12 giorni e una separazione di 16 volte la distanza tra Terra e Luna.
I livelli di luminosità osservati corrispondono anche a quanto ci si aspetterebbe per due nane brune di piccole dimensioni in questo intervallo di masse. “Questa scoperta che Gliese 229 B è binaria non solo risolve la recente tensione osservata tra la sua massa e luminosità, ma approfondisce significativamente la nostra comprensione delle nane brune, che si collocano al confine tra stelle e pianeti giganti,” ha affermato Mawet, ricercatore senior presso NASA JPL. La scoperta di questo duo solleva nuove domande su come si formino le nane brune così unite e suggerisce che potrebbero esserci altri sistemi binari simili in attesa di essere scoperti.

Un’illustrazione artistica che mostra lo sguardo verso Sol dal sistema binario di nane brune WISE 1049-5319, distante 6,5 anni luce. Credito: Janella Williams, Penn State University.
Alcune teorie suggeriscono che le coppie di nane brune possano formarsi all’interno di un disco protoplanetario di una stella, che si frammenta in due semi di nane brune che diventano legate gravitatamente dopo un incontro ravvicinato. Lo stesso meccanismo potrebbe portare a binari di esopianeti in orbita molto vicina, sebbene tutto questo rimanga da verificare. Nel frattempo, ha affermato Oppenheimer, questa scoperta rappresenta un’evoluzione molto entusiasmante. “Questi due mondi che girano l’uno attorno all’altro sono in realtà più piccoli in raggio di Giove,” ha detto. “Sarebbero piuttosto strani nel nostro cielo notturno se avessimo qualcosa di simile nel nostro sistema solare. Questa è la scoperta più entusiasmante e affascinante nell’astrofisica substellare degli ultimi decenni.”
In futuro, Xuan e i suoi colleghi intendono cercare ulteriori binari di nane brune utilizzando strumenti esistenti e di nuova generazione. Ciò include il Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) e lo High-resolution Infrared SPectrograph for Exoplanet Characterization (HISPEC) dell’Osservatorio Keck. Un team guidato da Mawet ha sviluppato il primo, mentre il secondo è attualmente in costruzione al Caltech e in altri laboratori da team che sono anch’essi coordinati da Mawet.
Uno studio indipendente pubblicato su The Astrophysical Journal Letters è stato guidato da Sam Whitebook e Tim Brandt, un dottorando al Caltech e un astronomo associato presso il Space Telescope Science Institute di Baltimora (rispettivamente). Anche i loro risultati hanno concluso che Gliese 229 B è un paio di nane brune che orbitano strettamente.
Ulteriori letture: Caltech, Nature
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