Quanto sono piccoli gli oggetti celesti più piccoli che si formano come stelle, ma non producono luce propria? Quanto sono comuni rispetto alle stelle a tutti gli effetti? Che ne dici di "pianeti canaglia, " che si è formato attorno alle stelle prima di essere lanciato nello spazio interstellare? Quando il James Webb Space Telescope della NASA verrà lanciato nel 2021, farà luce su queste domande.

Rispondere a loro imposterà un confine tra gli oggetti che si formano come stelle, che nascono da nubi di gas e polvere che collassano gravitazionalmente, e quelli che si formano come pianeti, che si creano quando gas e polvere si aggregano in un disco attorno a una giovane stella. Distinguerà anche tra le idee in competizione sulle origini delle nane brune, oggetti con masse tra l'1% e l'8% del Sole che non possono sostenere la fusione dell'idrogeno nei loro nuclei.

In uno studio condotto da Aleks Scholz dell'Università di St Andrews nel Regno Unito, i ricercatori useranno Webb per scoprire i più piccoli, i più deboli residenti di un vicino vivaio stellare chiamato NGC 1333. Situato a circa 1, 000 anni luce di distanza nella costellazione del Perseo, l'ammasso stellare NGC 1333 è abbastanza vicino in termini astronomici. È anche molto compatto e contiene molte giovani stelle. Questi tre fattori lo rendono un luogo ideale per studiare la formazione stellare in azione, in particolare per chi è interessato a molto debole, oggetti fluttuanti.

"Le nane brune meno massicce identificate finora sono solo da cinque a 10 volte più pesanti del pianeta Giove, " ha spiegato Scholz. "Non sappiamo ancora se anche oggetti di massa inferiore si formano nei vivai stellari. Con Webb, prevediamo di identificare i membri dell'ammasso piccoli come Giove per la prima volta in assoluto. Il loro numero relativo alle nane brune e alle stelle più pesanti farà luce sulle loro origini e ci darà anche importanti indizi sul processo di formazione stellare più in generale».

Un confine sfocato

Gli oggetti di massa molto bassa sono fantastici, il che significa che emettono la maggior parte della loro luce nelle lunghezze d'onda infrarosse. L'osservazione della luce infrarossa dai telescopi terrestri è difficile a causa dell'interferenza dell'atmosfera terrestre. Grazie alle sue dimensioni e alla capacità di vedere la luce infrarossa con una sensibilità senza precedenti, Webb è ideale per trovare e caratterizzare giovani oggetti fluttuanti con masse inferiori a cinque Giove.

La distinzione tra nane brune e pianeti giganti è sfocata.

"Ci sono alcuni oggetti con masse inferiori al segno di 10 Giove che fluttuano liberamente attraverso l'ammasso. Poiché non orbitano attorno a nessuna stella in particolare, possiamo chiamarle nane brune, o oggetti di massa planetaria, dal momento che non sappiamo meglio, ", ha affermato il membro del team Koraljka Muzic dell'Università di Lisbona in Portogallo. "D'altra parte, alcuni enormi pianeti giganti possono avere reazioni di fusione. E alcune nane brune possono formarsi in un disco".

C'è anche il problema dei "pianeti canaglia", oggetti che si formano come pianeti e poi vengono espulsi dai loro sistemi solari. Questi corpi fluttuanti sono condannati a vagare per sempre tra le stelle.

Decine in una volta

Il team utilizzerà il Near Infrared Imager e lo Slitless Spectrograph (NIRISS) di Webb per studiare questi vari oggetti di piccola massa. Uno spettrografo scompone la luce da una singola sorgente nei suoi colori componenti, allo stesso modo in cui un prisma divide la luce bianca in un arcobaleno. Quella luce trasporta le impronte digitali prodotte quando il materiale emette o interagisce con la luce. Gli spettrografi consentono ai ricercatori di analizzare quelle impronte digitali e scoprire proprietà come la temperatura e la composizione.

NIRISS fornirà al team informazioni simultanee per dozzine di oggetti. "Questa è la chiave. Per una conferma inequivocabile di una nana bruna o di un pianeta canaglia dobbiamo vedere le firme di assorbimento delle molecole, principalmente acqua e metano, negli spettri, " ha spiegato il membro del team Ray Jayawardhana della Cornell University. "La spettroscopia richiede tempo, e poter osservare molti oggetti contemporaneamente aiuta enormemente. L'alternativa è scattare prima le immagini, misurare i colori, selezionare i candidati, e poi vai a prendere gli spettri, che richiederà molto più tempo e si basa su più ipotesi."