Nuvole in movimento su una nana bruna fredda

Un team di ricercatori guidati dall’Università dell’Arizona ha rilevato per la prima volta variazioni nello spessore delle nubi d’acqua su una nana bruna, un corpo celeste al confine tra stella e pianeta. La scoperta, effettuata con il telescopio spaziale James Webb, riguarda la nana bruna più fredda conosciuta, Wise 0855, situata a 7,5 anni luce dalla Terra. Questi risultati, in uscita su The Astronomical Journal, indicano che il tempo meteorologico esiste anche al di fuori del Sistema solare e che le nubi su questo corpo celeste cambiano spessore nel tempo, proprio come accade sulla Terra.

Atmosfera complessa e dinamica

Le osservazioni del team, condotte con lo spettrografo Nirspec del James Webb, hanno rivelato una struttura tridimensionale e una chimica complessa nell’atmosfera di Wise 0855, con caratteristiche simili a quelle della Terra. La sensibilità dello strumento ha permesso di tracciare queste variazioni analizzando singole impronte molecolari, un risultato mai ottenuto prima per un oggetto così freddo. Le regioni viola dell’atmosfera sono più nuvolose e presentano variazioni di temperatura dell’ordine di 1 kelvin, mentre le regioni blu mostrano una copertura nuvolosa inferiore e consentono di sondare strati più profondi.

La tecnica di spettroscopia a serie temporale ha reso possibile questa scoperta.

La tecnica utilizzata, nota come “spettroscopia a serie temporale”, permette di seguire le variazioni dello spettro di luce nel tempo e studiare i cambiamenti nelle caratteristiche dell’atmosfera. I ricercatori hanno osservato Wise 0855 per 11 ore, registrando uno spettro della luce ogni 15 minuti. Questo approccio ha permesso di ottenere la ricostruzione più dettagliata mai effettuata della dinamica atmosferica di Wise 0855, nonché la prima conferma diretta che le nubi d’acqua cambiano spessore nel tempo, proprio come accade sulla Terra.

Convezione e dinamica atmosferica

Le nane brune, oggetti celesti troppo massicci per essere pianeti ma non abbastanza da innescare le reazioni di fusione nucleare, emettono una debole radiazione grazie al calore residuo della loro formazione. La ricerca ha rivelato che l’atmosfera di Wise 0855 è modellata da due processi distinti che si verificano simultaneamente: ad alte quote, nubi d’acqua si addensano e si diradano con la rotazione dell’oggetto; più in profondità, imponenti moti convettivi rimescolano i gas, richiamando e trasportando verso l’alto molecole provenienti dalle regioni sottostanti.

Questi processi sono simili a quelli osservati su Giove.

Il team ha anche rilevato un segnale ritmico e oscillatorio associato alla presenza di due specifici gas: monossido di carbonio e fosfina. Secondo gli scienziati, il segnale è dovuto al calore interno della nana bruna che spinge continuamente i gas verso la superficie, con un meccanismo analogo a quello che fa salire il liquido caldo dal fondo di una pentola in ebollizione. Si tratta di un processo noto in planetologia, chiamato “chimica di disequilibrio”, che ha già mostrato analogie con Giove.

Implicazioni per la caratterizzazione planetaria

La scoperta ha implicazioni significative per la caratterizzazione delle atmosfere planetarie. I principi fisici di convezione, formazione nuvolosa e chimica atmosferica che governano il comportamento di Wise 0855 si applicano anche ai giganti gassosi del Sistema solare, come Giove. Se questi principi sono universali, valgono anche per gli esopianeti giganti gassosi che gli astronomi stanno iniziando a studiare sistematicamente grazie al James Webb. «Anche se le nane brune non sono veri e propri pianeti, mostrano comportamenti simili a quelli planetari», osserva Brittany Miles, ricercatrice dell’Università dell’Arizona. «Tra di loro esiste uno spettro continuo di comportamenti, non c’è una linea di demarcazione netta. Giove e Wise 0855 sono chiaramente diversi, ma presentano schemi meteorologici simili. Esistono dunque principi fondamentali di fisica e chimica che possono essere applicati a tutti questi mondi». I ricercatori guardano ora alle prossime osservazioni con il James Webb, con l’obiettivo di definire con maggiore precisione i dettagli sulla rotazione di Wise 0855 e approfondire la dinamica tridimensionale dei movimenti nella sua atmosfera. Per il momento, il messaggio è chiaro: il tempo meteorologico esiste ovunque e alcuni dei nostri vicini più prossimi hanno cieli che vale la pena osservare.