Per la prima volta, gli astronomi hanno utilizzato le osservazioni di un radiotelescopio e un paio di osservatori su Maunakea per scoprire e caratterizzare una nana bruna fredda, noto anche come "super pianeta" o "stella mancata". La scoperta, designato BDR J1750+3809, è il primo oggetto sottostellare rilevato tramite osservazioni radio:fino ad ora, le nane brune sono state in gran parte trovate dalle indagini del cielo a infrarossi.

BDR J1750+3809 (soprannominato "Elegast" dal team di scoperta) è stato identificato per la prima volta utilizzando i dati del telescopio Low-Frequency Array (LOFAR) in Europa, e poi confermato utilizzando telescopi sulla sommità di Maunakea, vale a dire l'Osservatorio Internazionale Gemini e l'InfraRed Telescope Facility della NASA (che è gestito dall'Università delle Hawaii). La scoperta diretta di questi oggetti con radiotelescopi sensibili come LOFAR è una svolta significativa, perché dimostra che gli astronomi possono rilevare oggetti troppo freddi e deboli per essere trovati nelle rilevazioni a infrarossi, e forse anche rilevare esopianeti giganti gassosi fluttuanti.

La ricerca è pubblicata su Le Lettere del Giornale Astrofisico . L'astronomo Michael Liu e lo studente laureato Zhoujian Zhang presso l'UH Institute for Astronomy (IfA) sono stati co-autori del documento. "Questo lavoro apre un metodo completamente nuovo per trovare gli oggetti più freddi che fluttuano nelle vicinanze del Sole, che altrimenti sarebbe troppo debole da scoprire con i metodi usati negli ultimi 25 anni, " disse Liù.

Nane brune sotto una nuova luce

Le nane brune si trovano a cavallo del confine tra i pianeti più grandi e le stelle più piccole. Occasionalmente soprannominata "stelle fallite, "Le nane brune non hanno la massa per innescare la fusione dell'idrogeno nei loro nuclei, e si illuminano invece a lunghezze d'onda infrarosse con il calore residuo dalla loro formazione. Chiamato anche "super-pianeti, "Le nane brune possiedono atmosfere gassose che assomigliano ai pianeti giganti gassosi del nostro sistema solare più di quanto assomiglino a qualsiasi stella.

Mentre le nane brune mancano delle reazioni di fusione che mantengono il sole splendente, possono emettere luce a lunghezze d'onda radio. Il processo sottostante che alimenta questa emissione radio è familiare, come accade anche nel più grande pianeta del Sistema Solare. Il potente campo magnetico di Giove accelera le particelle cariche come gli elettroni, che a sua volta produce radiazioni, in questo caso onde radio e aurore.

Il fatto che le nane brune siano emettitori radio ha permesso alla collaborazione internazionale di astronomi dietro questo risultato di sviluppare una nuova strategia di osservazione. Le emissioni radio sono state precedentemente rilevate solo da una manciata di nane brune fredde, che sono stati scoperti e catalogati da rilievi all'infrarosso prima di essere osservati con i radiotelescopi. Il team ha deciso di capovolgere questa strategia, usando un radiotelescopio sensibile per scoprire il freddo, sorgenti radio deboli e quindi eseguire osservazioni a infrarossi di follow-up con i telescopi Maunakea per classificarle.

"Ci siamo chiesti, "Perché puntare il nostro radiotelescopio verso le nane brune catalogate?", disse Harish Vedantham, autore principale dello studio e astronomo presso ASTRON nei Paesi Bassi. "Facciamo solo una grande immagine del cielo e scopriamo questi oggetti direttamente nella radio".

Oltre ad essere un risultato entusiasmante di per sé, la scoperta di BDR J1750+3809 potrebbe fornire uno sguardo allettante in un futuro in cui gli astronomi potranno misurare le proprietà dei campi magnetici degli esopianeti. Le nane brune fredde sono le cose più vicine agli esopianeti che gli astronomi possono attualmente rilevare con i radiotelescopi, e questa scoperta potrebbe essere utilizzata per testare teorie che prevedono la forza del campo magnetico degli esopianeti. I campi magnetici sono un fattore importante nel determinare le proprietà atmosferiche e l'evoluzione a lungo termine degli esopianeti.

La tecnica potrebbe dare ulteriori risultati

Avendo trovato una varietà di segnali radio rivelatori nelle loro osservazioni, il team ha dovuto distinguere le fonti potenzialmente interessanti dalle galassie di fondo. Fare così, hanno cercato una forma speciale di onde radio polarizzate circolarmente, una caratteristica della luce delle stelle, pianeti e nane brune, ma non dalle galassie di fondo. Avendo trovato una sorgente radio polarizzata circolarmente, il team si è quindi rivolto alle immagini d'archivio, il telescopio Gemini-Nord, e la NASA IRTF per fornire le misurazioni necessarie per identificare la loro scoperta.

La NASA IRTF è dotata di uno spettrometro sensibile, SpeX, che è stato un cavallo di battaglia per lo studio delle nane brune negli ultimi 20 anni, compreso un aggiornamento cinque anni fa finanziato dalla National Science Foundation. Il team ha utilizzato SpeX per ottenere uno spettro di BDR J1750+3809, che ha rivelato la caratteristica firma del metano nell'atmosfera. Il metano è il segno distintivo delle nane brune più cool, e anche abbondanti nelle atmosfere dei pianeti giganti gassosi del nostro sistema solare.

"Queste osservazioni evidenziano davvero la maggiore efficienza di SpeX in seguito al suo aggiornamento finanziato da NSF con array a infrarossi ed elettronica all'avanguardia nel 2015, "ha detto John Rayner, Direttore dell'IRTF e astronomo presso l'UH IfA.