Le emissioni infrarosse del metano registrate dal telescopio dalla nana bruna suggeriscono un riscaldamento atmosferico dovuto a processi aurorali.
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, gli astronomi hanno trovato una nana bruna denominata W1935 – un oggetto più massiccio di Giove ma più piccolo di una stella – con emissione infrarossa di metano, probabilmente dovuta all’energia nella sua atmosfera superiore. Questa è una scoperta inaspettata perché la nana bruna è fredda e priva di una stella ospite, pertanto non esiste su di essa una fonte per l’energia dell’atmosfera superiore. Il team ha dunque ipotizzato che i segnali osservati siano dovuti ai possibili processi che generano le aurore. E per aiutare a spiegare il mistero dell’emissione infrarossa del metano, il team si è rivolto al nostro Sistema Solare poichè il metano in emissione è una caratteristica comune nei giganti gassosi come Giove e Saturno. Il riscaldamento dell’atmosfera superiore che alimenta questa emissione è legato alle aurore.
Le aurore
Sulla Terra, le aurore si creano quando le particelle energetiche soffiate nello spazio dal Sole vengono catturate dal campo magnetico terrestre, il cosiddetto “vento solare”. Cadono nella nostra atmosfera lungo le linee del campo magnetico vicino ai poli della Terra, scontrandosi con le molecole di gas e creando inquietanti cortine di luce danzanti. Giove e Saturno hanno processi aurorali simili che implicano l’interazione con il vento solare, ma ricevono anche contributi aurorali dalle lune attive vicine come Io (per Giove) ed Encelado (per Saturno).
Per le nane brune isolate come W1935, l’assenza di un vento solare che contribuisca al processo aurorale e spieghi l’energia extra nell’alta atmosfera richiesta per l’emissione di metano è un mistero. Il team ipotizza che processi interni non spiegati, come i fenomeni atmosferici di Giove e Saturno, o interazioni esterne con il plasma interstellare o una luna attiva vicina, possano aiutare a spiegare l’emissione.
Il team ha ottenuto del tempo con il telescopio Webb per indagare su 12 nane brune fredde. Tra questi c’erano W1935 – un oggetto scoperto dallo scienziato cittadino – e W2220, un oggetto che è stato scoperto utilizzando il Wide Field Infrared Survey Explorer della NASA. Webb ha rivelato nei minimi dettagli che W1935 e W2220 sembravano essere quasi cloni l’uno dell’altro nella composizione. Condividevano anche luminosità, temperature e caratteristiche spettrali simili di acqua, ammoniaca, monossido di carbonio e anidride carbonica.
L’eccezione sorprendente è stata che W1935 ha mostrato emissioni di metano, in contrasto con la caratteristica di assorbimento prevista osservata verso W2220. Ciò è stato osservato a una distinta lunghezza d’onda dell’infrarosso alla quale Webb è particolarmente sensibile. Gli astronomi si aspettavano di vedere metano perché il metano è ovunque su queste nane brune. Ma invece di assorbire la luce, hanno visto esattamente il contrario: il metano brillava.
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Indizi dal nostro Sistema Solare
Il team ha utilizzato modelli computerizzati per dedurre cosa poteva nascondersi dietro l’emissione. Il lavoro di modellazione ha mostrato che W2220 aveva una distribuzione di energia prevista in tutta l’atmosfera, diventando più fredda con l’aumentare dell’altitudine. Invece W1935 ha ottenuto un risultato sorprendente. Il modello migliore favoriva un’inversione di temperatura, dove l’atmosfera diventava più calda con l’aumentare dell’altitudine. Questo tipo di fenomeno si verifica solitamente in pianeti con una stella vicina che può riscaldare la stratosfera, ma vederlo in un oggetto senza un’evidente fonte di calore esterna è stato sconcertante.
Per trovare una spiegazione, il team ha cercato nel nostro cortile, nei pianeti del Sistema solare. I pianeti giganti gassosi possono fungere da modello per ciò che si vede accadere a più di 40 anni luce di distanza nell’atmosfera di W1935. Il team si è reso conto che le inversioni di temperatura sono importanti in pianeti come Giove e Saturno. C’è ancora un lavoro in corso per comprendere le cause del loro riscaldamento stratosferico, ma le principali teorie implicano il riscaldamento esterno da parte delle aurore e il trasporto interno di energia dalle profondità dell’atmosfera (con il primo una delle principali spiegazioni).
Questa non è la prima volta che un’aurora viene utilizzata per spiegare l’osservazione di una nana bruna. Gli astronomi hanno rilevato emissioni radio provenienti da diverse nane brune più calde e hanno invocato le aurore come la spiegazione più probabile. Sono state condotte ricerche con telescopi terrestri come l’Osservatorio Keck per le firme infrarosse di queste nane brune che emettono radio per caratterizzare ulteriormente il fenomeno, ma sono state inconcludenti.
W1935 è il primo candidato aurorale al di fuori del Sistema Solare con la firma dell’emissione di metano. È anche il candidato aurorale più freddo al di fuori del nostro sistema, con una temperatura effettiva di circa 200° C, di circa 600 gradi più calda di Giove.
Nel Sistema Solare il vento solare contribuisce in modo primario ai processi aurorali, con lune attive come Io ed Encelado che svolgono un ruolo rispettivamente per pianeti come Giove e Saturno. W1935 è completamente priva di una stella compagna, quindi un vento stellare non può contribuire al fenomeno. Resta ancora da vedere se una luna attiva potrebbe avere un ruolo nell’emissione di metano su W1935, solo le prossime osservazioni potranno dircelo
