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Gli astronomi hanno identificato un sistema stellare quadruplo gerarchico estremamente raro costituito da una coppia di nane brune fredde in orbita attorno a una coppia di giovani stelle nane rosse, situate a 82 anni luce dalla Terra nella costellazione della Macchina Pneumatica.
Gli astronomi dicono che la scoperta “emozionante” di un sistema stellare quadruplo estremamente raro potrebbe far progredire in modo significativo la nostra comprensione delle nane brune.
Questi oggetti misteriosi sono troppo grandi per essere considerati un pianeta, ma anche troppo piccoli per essere una stella perché non hanno la massa necessaria per continuare a fondere gli atomi e fiorire in soli a tutti gli effetti.
In una nuova scoperta pubblicata sul Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), gli astronomi hanno ora identificato un sistema stellare quadruplo gerarchico estremamente raro costituito da una coppia di nane brune fredde in orbita attorno a una coppia di giovani stelle nane rosse, situate a 82 anni luce dalla Terra nella costellazione della Macchina Pneumatica.
Il sistema, denominato UPM J1040-3551 AabBab, è stato identificato da un team di ricerca internazionale guidato dal professor Zenghua Zhang, dell’Università di Nanchino.
I ricercatori hanno fatto la loro scoperta utilizzando la velocità angolare comune misurata dal satellite astrometrico Gaia dell’Agenzia spaziale europea e dal Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA, seguita da osservazioni e analisi spettroscopiche complete.
Questo perché questa ampia coppia binaria ha bisogno di più di 100.000 anni per completare un’orbita l’una attorno all’altra, quindi il loro movimento orbitale non può essere visto in anni.
I ricercatori hanno quindi dovuto analizzare come si stanno muovendo verso la stessa direzione con la stessa velocità angolare.
In questo sistema, Aab si riferisce alla coppia stellare più luminosa Aa e Ab, mentre Bab si riferisce alla coppia substellare più debole Ba e Bb.
“Ciò che rende questa scoperta particolarmente eccitante è la natura gerarchica del sistema, che è necessaria affinché la sua orbita rimanga stabile per un lungo periodo di tempo”, ha detto il professor Zhang.
“Queste due coppie di oggetti orbitano l’una intorno all’altra separatamente per periodi di decenni, mentre le coppie orbitano anche attorno a un centro di massa comune per un periodo di oltre 100.000 anni”.
Le due coppie sono separate da 1.656 unità astronomiche (UA), dove 1 UA equivale alla distanza Terra-Sole.
La coppia più luminosa, UPM J1040-3551 Aab, è costituita da due nane rosse di massa quasi uguale, che appaiono di colore arancione se osservate nelle lunghezze d’onda visibili.
Con una magnitudine visiva di 14,6, questa coppia è circa 100.000 volte più debole della Polare (la Stella Polare) nelle lunghezze d’onda visibili.
In effetti, nessuna nana rossa è abbastanza luminosa da essere vista ad occhio nudo, nemmeno Proxima Centauri, la nostra stella più vicina a 4,2 anni luce di distanza.
Per rendere visibile UPM J1040-3551 Aab senza aiuto ottico, questa coppia binaria dovrebbe essere portata a meno di 1,5 anni luce dalla Terra, posizionandola più vicina di qualsiasi stella nel nostro attuale vicinato cosmico.
La coppia più debole, UPM J1040-3551 Bab, comprende due nane brune molto più fredde che non emettono praticamente luce visibile e appaiono circa 1.000 volte più deboli della coppia Aab se osservate nelle lunghezze d’onda del vicino infrarosso, dove sono più facilmente rilevabili.
La natura binaria di UPM J1040-3551 Aab è stata inizialmente sospettata a causa del suo fotocentro oscillante durante le osservazioni di Gaia e confermata dalla sua insolita luminosità, circa 0,7 magnitudine più luminosa di una singola stella con la stessa temperatura alla stessa distanza, poiché la luce combinata della coppia di massa quasi uguale raddoppia efficacemente l’uscita.
Allo stesso modo, UPM J1040-3551 Bab è stato identificato come un’altra binaria stretta attraverso le sue misurazioni infrarosse anormalmente luminose rispetto alle tipiche nane brune del suo tipo spettrale.
L’analisi dell’adattamento spettrale ha fortemente supportato questa conclusione, con i modelli binari che forniscono una corrispondenza significativamente migliore rispetto ai modelli a oggetto singolo.
Il dottor Felipe Navarete, del Laboratorio Nazionale di Astrofisica del Brasile, ha guidato le osservazioni spettroscopiche critiche che hanno contribuito a caratterizzare i componenti del sistema.
Utilizzando lo spettrografo Goodman sul telescopio SOAR (Southern Astrophysical Research) presso l’Osservatorio Interamericano di Cerro Tololo in Cile, un programma di NSF NOIRLab, il dottor Navarete ha ottenuto spettri ottici della coppia più luminosa, catturando anche gli spettri nel vicino infrarosso della coppia più debole con lo strumento TripleSpec di SOAR.
“Queste osservazioni sono state impegnative a causa della debolezza delle nane brune”, ha detto il dottor Navarete, “ma le capacità di SOAR ci hanno permesso di raccogliere i dati spettroscopici cruciali necessari per comprendere la natura di questi oggetti”.
La loro analisi ha rivelato che entrambe le componenti della coppia più luminosa sono nane rosse di tipo M con temperature di circa 3.200 Kelvin (circa 2.900 ° C) e masse di circa il 17% di quella del Sole.
La coppia più debole è costituita da oggetti più esotici: due nane brune di tipo T con temperature rispettivamente di 820 Kelvin (550°C) e 690 Kelvin (420°C).
Le nane brune sono oggetti piccoli e densi di piccola massa, con le nane brune in questo sistema che hanno dimensioni simili al pianeta Giove ma masse stimate da 10 a 30 volte maggiori.
Infatti, all’estremità inferiore di questo intervallo questi oggetti potrebbero essere considerati oggetti di “massa planetaria”.
“Questo è il primo sistema quadruplo mai scoperto con una coppia di nane brune di tipo T in orbita attorno a due stelle”, ha detto la dottoressa MariCruz Gálvez-Ortiz del Centro di Astrobiologia in Spagna, coautrice dell’articolo di ricerca.
“La scoperta fornisce un laboratorio cosmico unico per lo studio di questi oggetti misteriosi”.
A differenza delle stelle, le nane brune si raffreddano continuamente per tutta la loro vita, il che cambia le loro proprietà osservabili come la temperatura, la luminosità e le caratteristiche spettrali.
Questo processo di raffreddamento crea una sfida fondamentale nella ricerca sulle nane brune nota come “problema della degenerazione età-massa”.
Una nana bruna isolata con una certa temperatura potrebbe essere un oggetto più giovane e meno massiccio o uno più vecchio e più massiccio: gli astronomi non possono distinguere tra queste possibilità senza ulteriori informazioni.
“Le nane brune con compagne stellari larghe, la cui età può essere determinata in modo indipendente, sono inestimabili per rompere questa degenerazione come parametri di riferimento per l’età”, ha spiegato il professor Hugh Jones, dell’Università dell’Hertfordshire, coautore dell’articolo di ricerca.
“UPM J1040-3551 è particolarmente prezioso perché l’emissione di H-alfa dalla coppia più luminosa indica che il sistema è relativamente giovane, tra i 300 milioni e i 2 miliardi di anni”.
Il team ritiene che la coppia di nane brune (UPM J1040-3551 Bab) potrebbe potenzialmente essere risolta con tecniche di imaging ad alta risoluzione in futuro, consentendo misurazioni precise del loro movimento orbitale e delle masse dinamiche.
“Questo sistema offre un duplice vantaggio per la scienza delle nane brune”, ha detto il co-ricercatore professor Adam Burgasser, dell’Università della California di San Diego.
“Può servire come punto di riferimento dell’età per calibrare i modelli di atmosfera a bassa temperatura e come punto di riferimento della massa per testare i modelli evolutivi se possiamo risolvere il sistema binario delle nane brune e tracciare la sua orbita”.
La scoperta del sistema UPM J1040-3551 rappresenta un progresso significativo nella comprensione di questi oggetti sfuggenti e dei diversi percorsi di formazione dei sistemi stellari nelle vicinanze del Sole.
Immagine: Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang
