Il testo seguente riproduce un articolo pubblicato la prima volta il 18 marzo 2009.
Una vecchissima nana bruna
Al termine di una ricerca durata tre anni e mezzo, un gruppo di astronomi ha individuato nell’alone della Via Lattea una nana bruna che, per la sua bassa metallicità e la debolissima luminosità, è il più antico oggetto di questo tipo finora scoperto. Si chiama 2MASS 1626+3925 e la sua età è stimata in dieci miliardi di anni
Le galassie a spirale come la nostra sono costituite da una serie di elementi strutturali. La parte più notevole è il disco appiattito in cui stelle, gas e polveri disegnano graziosi bracci a spirale. Nel centro del disco troviamo il nucleo, un rigonfiamento tondeggiante, densamente popolato di stelle. Il tutto è circondato da un alone sferico molto difficile da percepire a causa della sua bassa densità stellare. Il Sole appartiene al disco della nostra galassia. È proprio questo disco, che dal nostro pianeta osserviamo di taglio, che crea nel cielo la sagoma lattiginosa della Via Lattea, quel tenue anello luminoso che abbraccia l’intera sfera celeste e che può essere scorto al meglio in inverno e in estate nelle notti senza luna, se il cielo è sufficientemente oscuro.
L’alone galattico contiene le stelle in assoluto più vecchie. Queste stelle si distinguono per il fatto di avere una quantità di metalli considerevolmente minore del Sole e anche della maggior parte delle stelle che popolano il disco galattico. Le stelle nell’alone fanno parte della seconda generazione stellare formatesi nell’universo oltre dieci miliardi di anni fa: testimoni di un tempo lontanissimo, molto precedente la formazione del Sistema Solare. Di tanto in tanto le stelle dell’alone attraversano, di solito ad alta velocità, il disco galattico: così un certo numero di loro può venire a trovarsi nelle nostre immediate vicinanze.
In passato si consideravano tipicamente stelle dell’alone quelle che facevano parte di ammassi globulari. Di recente, tuttavia, in seguito a dettagliate ricerche, si sono scoperte stelle dell’alone che non fanno parte di ammassi. Di queste stelle, se ne trovano alcune che hanno dieci masse solari e altre, all’opposto, che raggiungono solo pochi decimi di massa solare: il che prova che l’esito della formazione stellare dieci miliardi di anni fa non era granché differente dall’esito che osserviamo attualmente.
Ma cosa sappiamo delle stelle meno massicce e più fredde, quelle che si trovano ai limiti della categoria delle nane brune? Dieci miliardi di anni fa, quando l’universo aveva solo un quinto della sua età attuale, era già in corso la produzione di quella sorta di stelle fallite che sono le nane brune?
Stelle di piccola massa e nane brune non sono facili da scoprire, perché sono estremamente deboli quando osservate nelle lunghezze d’onda del visibile. È possibile osservarle piuttosto chiaramente solo nella gamma dell’infrarosso. Conosciamo oggi centinaia di nane brune relativamente giovani che appartengono al disco galattico, tutte scoperte e confermate durante l’ultimo decennio. Sono state individuate, invece, solo una manciata di candidate nane brune appartenenti alla più antica popolazione dell’alone. Come fare a determinare se queste candidate sono effettivamente oggetti substellari dell’alone?
Elena Schilbach e Siegfried Roeser del Centro per l’Astronomia dell’Università di Heidelberg, insieme con Ralf-Dieter Scholz dell’Istituto Astrofisico di Potsdam, hanno osservato queste candidate con la camera a infrarossi OMEGA2000 del telescopio da 3,5 m dell’Osservatorio di Calar Alto, in Spagna. Lo scopo delle osservazioni era misurare precisamente le distanze di queste stelle dal Sole, dal momento che distanze accurate sono cruciali per la determinazione della luminosità assoluta di un oggetto.
Per poter misurare le distanze, tutte le candidate sono state osservate con regolarità per diversi anni, usando il metodo della parallasse trigonometrica. La Terra si muove intorno al Sole. Ciò produce un leggero cambiamento del punto di vista da cui noi guardiamo il cielo dal nostro pianeta. Per tale ragione, tutte le stelle hanno un moto apparente che è il riflesso dello spostamento della Terra nel corso della sua orbita intorno al Sole: sembrano pertanto tracciare nel cielo un percorso ellittico annuale contro lo sfondo della galassie lontane.
Sembra semplice a parole, ma nei fatti misurare la parallasse è una sfida complessa. Più lontana è una stella, più piccola è l’ellisse. Persino le stelle più vicine presentano un’ellisse con un asse maggiore che è minore di un arcosecondo, cioè meno di 1/1800 del diametro angolare della Luna piena. Per rivelare la natura di queste candidate al di là di ogni dubbio, Elena Schilbach e colleghi hanno dovuto effettuare misurazioni con un’accuratezza circa mille volte maggiore, equivalente alla capacità di scorgere dalla Terra un oggetto delle dimensioni di un essere umano sulla Luna.
Con l’assistenza dei tecnici del Calar Alto, ogni candidata è stato osservata in media 20 volte nel corso di tre anni e mezzo e l’analisi comparativa di tutti i dati raccolti ha condotto alla fine a risultati chiari. Secondo gli autori della ricerca, «sono state ottenute per la prima volta le parallassi trigonometriche e le luminosità assolute di stelle povere di metalli e allo stesso tempo di piccola massa». Sei di questi oggetti, su dieci, presentano una metallicità davvero bassa, contengono cioè soltanto 1/30 dell’abbondanza di metalli del nostro Sole, mentre le rimanenti quattro stelle ne contengono circa 1/3 ciascuna. L’emissione assoluta di energia e il colore di queste stelle sono pienamente coerenti con le previsioni teoriche per oggetti poveri di metalli. Per di più, uno dei candidati a più bassa metallicità, 2MASS 1626+3925, è così debole che deve essere per forza una nana bruna, la più vecchia nana bruna trovata fino a questo momento nella nostra Galassia.
