Si trova a 7,5 anni luce di distanza dalla Terra, nella costellazione dell’idra. Ha una massa stimata tra tre e dieci volte quella di Giove, dimensioni pressoché identiche e una temperatura superficiale di circa -8 gradi Celsius. Ma non è né un pianeta né una stella. È Wise 0855, la nana bruna più fredda conosciuta. Grazie a una campagna osservativa condotta con il telescopio spaziale James Webb (Jwst), un team di ricercatori guidato dall’Università dell’Arizona ha studiato l’atmosfera di questo corpo celeste al confine tra una stella e un pianeta. I risultati della ricerca, in uscita su The Astronomical Journal, rivelano una struttura tridimensionale e una chimica complessa, con caratteristiche molto simili a quelle della Terra.
Illustrazione artistica di una nana bruna, un corpo celeste troppo massiccio per essere un pianeta, ma non abbastanza da innescare le reazioni di fusione nucleare che alimentano le stelle. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
Per giungere a queste conclusioni, il team di astronomi guidato da Brittany Miles, ricercatrice dell’Università dell’Arizona, ha osservato Wise 0855 per 11 ore utilizzando lo spettrografo Nirspec di Jwst, ottenendo uno spettro della luce ogni 15 minuti.
Questa tecnica, nota come “spettroscopia a serie temporale”, permette di seguire le variazioni dello spettro di luce nel tempo e studiare così i cambiamenti nelle caratteristiche dell’atmosfera. L’analisi di questi spettri ha permesso di ottenere ciò che i ricercatori stessi definiscono la ricostruzione più dettagliata mai ottenuta della dinamica atmosferica di Wise 0855, nonché la prima conferma diretta che le nubi d’acqua su un altro corpo celeste cambiano spessore nel tempo, proprio come accade sulla Terra.
I dati di Jwst rivelano infatti 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.
«È la prima volta che riusciamo a confermare che le nubi d’acqua si assottigliano e si inspessiscono su un mondo vicino», sottolinea Miles. «Prima di Jwst avevamo a disposizione soltanto dati fotometrici, nei quali gli effetti delle nubi, della chimica e della temperatura risultavano inevitabilmente mescolati. Ora siamo finalmente in grado di distinguerli».
Le nane brune sono oggetti celesti troppo massicci per essere pianeti, ma non abbastanza da innescare le reazioni di fusione nucleare che alimentano le stelle. Grazie al calore residuo della loro formazione, tuttavia, emettono una debole radiazione. Per spiegare come questa luce attraversi l’atmosfera e raggiunga lo spazio, portando con sé informazioni sulle caratteristiche di questi oggetti, Mark Marley, direttore del Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona e coautore dello studio, ricorre alla metafora di una zanzariera: «I fotoni emessi dal corpo celeste attraversano l’atmosfera e si disperdono nello spazio. Per noi è come guardare il mondo attraverso una zanzariera che lascia filtrare parte della luce. Stiamo imparando a conoscere ciò che si trova da entrambi i lati della zanzariera, ma dobbiamo anche capire com’è fatta la zanzariera stessa».
Nel caso di Wise 0855, in particolare, questa “zanzariera” cambia continuamente. Dalle indagini è emerso, infatti, che mentre la nana bruna ruota su sé stessa, “sfilano” nel campo di vista regioni caratterizzate da coperture nuvolose e temperature differenti, creando un mosaico dinamico di zone più calde e più fredde. La sensibilità dello spettrografo di Jwst ha permesso di tracciare queste variazioni analizzando singole impronte molecolari, un risultato che nessun osservatorio precedente era riuscito a ottenere per un oggetto così freddo.
Oltre alle variazioni di temperatura associate alla rotazione della nana bruna, lo strumento Nirspec ha registrato un segnale ritmico e oscillatorio associato alla presenza di due specifici gas: monossido di carbonio e fosfina. Secondo gli scienziati, non v’è dubbio: 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 ben noto in planetologia, noto come “chimica di disequilibrio” (dall’inglese disequilibrium chemistry), spiegano i ricercatori. Su Giove, il rimescolamento convettivo trasporta i gas dagli strati profondi e caldi verso l’atmosfera superiore. Lo stesso processo è già stato osservato nelle nane brune, ma seguirne per la prima volta le variazioni in tempo reale, molecola per molecola, apre una prospettiva del tutto nuova.
Schema dell’atmosfera di Wise 0855 elaborato sulla base delle osservazioni in serie temporale e dei modelli che meglio riproducono i dati di Jwst. In (a), rappresentazione monodimensionale dell’atmosfera della nana bruna. Le frecce indicano i moti convettivi che trasportano gas caldo ricco di monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO₂) e fosfina (PH₃) dagli strati più profondi dell’atmosfera, dove la pressione è maggiore, verso la fotosfera, lo strato più esterno. Le linee nere tratteggiate delimitano l’intervallo di pressione a cui è sensibile la modalità osservativa Nirspec del telescopio spaziale James Webb. In (b), rappresentazione bidimensionale semplificata delle caratteristiche superficiali che potrebbero contribuire alla variabilità osservata. Le regioni viola sono più nuvolose e presentano variazioni di temperatura dell’ordine di 1 kelvin. Le regioni blu presentano una copertura nuvolosa inferiore e consentono di sondare strati più profondi, dove le firme del disequilibrio chimico sono più marcate. Entrambi i tipi di regione possono subire variazioni di temperatura. Crediti: Brittany E. Miles et al., The Astrophysical Journal, 2026
Per il team di ricerca, il valore di questo studio non risiede soltanto in ciò che ci rivela su Wise 0855, ma nelle sue implicazioni nella caratterizzazione delle atmosfere planetarie: i principi fisici di convezione, formazione nuvolosa e chimica atmosferica che governano questo mondo 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 telescopio spaziale James Webb.
«Anche se le nane brune non sono veri e propri pianeti, mostrano comportamenti simili a quelli planetari», osserva Miles. «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.
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dell’articolo in uscita su The Astronomical Journal “Water Cloud and Chemical Modulations in the Coldest Brown Dwarf” di Brittany E. Miles, James Mang, Caroline V. Morley, Andrew J. I. Skemer, Melanie Rowland, Brianna Lacy, Genaro Suarez, Channon Visscher, Dániel Apai, Gordon Bjoraker, Aarynn L. Carter, Jacqueline K. Faherty, Jonathan J. Fortney, Nguyen Fuda, Thomas Geballe, Harshil Kothari, Mary Anne Limbach, Mark Marley, Allison M. McCarthy, Adam Schneider, Johanna Vos, Michael Cushing, Richard Freedman, Michael Line, Roxana Lupu, Emily Martin e Mikayla J. Wilson