Sulla Terra, le aurore si creano quando le particelle energetiche soffiate nello spazio dal Sole vengono catturate dal campo magnetico terrestre. 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 stellare 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.
Una storia poliziesca:
La scoperta delle aurore si è svolta come un romanzo poliziesco. Un team guidato da Jackie Faherty, un astronomo dell’American Museum of Natural History di New York, 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 Dan Caselden, che ha lavorato al progetto zooniverse di Backyard Worlds – 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.
“Ci aspettavamo di vedere metano perché il metano è ovunque su queste nane brune. Ma invece di assorbire la luce, abbiamo visto esattamente il contrario: il metano brillava. Il mio primo pensiero è stato: che diavolo? Perché da questo oggetto escono emissioni di metano?” disse Faherty.
Il team ha utilizzato modelli computerizzati per dedurre cosa potrebbe esserci 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. Il W1935, invece, ebbe un risultato sorprendente. Il modello migliore favoriva un’inversione di temperatura, dove l’atmosfera diventava più calda con l’aumentare dell’altitudine. “Questa inversione di temperatura è davvero sconcertante”, ha affermato Ben Burningham, coautore dell’Università dell’Hertfordshire in Inghilterra e capo modellatore del lavoro. “Abbiamo osservato questo tipo di fenomeno in pianeti con una stella vicina che può riscaldare la stratosfera, ma vederlo in un oggetto senza un’evidente fonte di calore esterna è incredibile”.
Immagine: Spectra W1935 e W2220
Indizi dal nostro sistema solare
Per trovare indizi, il team ha cercato nel nostro cortile, nei pianeti del nostro sistema solare. I pianeti giganti gassosi possono fungere da proxy 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 per il sistema solare 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).
Candidati all’aurora nana bruna nel contesto
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 solare, con una temperatura effettiva di circa 400 gradi Fahrenheit (200 gradi Celsius), circa 600 gradi Fahrenheit più calda di Giove.
Nel nostro 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. “Con W1935, ora abbiamo un’estensione spettacolare di un fenomeno del sistema solare senza alcuna irradiazione stellare che possa aiutarci nella spiegazione”. Faherty ha osservato. “Con Webb, possiamo davvero ‘aprire il cofano’ alla chimica e svelare quanto simile o diverso possa essere il processo aurorale al di fuori del nostro sistema solare”, ha aggiunto.
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb sta risolvendo i misteri del nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani attorno ad altre stelle, e sondando le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA (Agenzia spaziale europea) e l’Agenzia spaziale canadese.
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