[:it]”Spectroscopy of Free-Floating Planetary-Mass Objects and their disks with JWST” di B. Damian (University of St Andrews): otto piccoli oggetti di massa planetaria nel mirino del James Webb Space Telescope[:en]”Spectroscopy of Free-Floating Planetary-Mass Objects and their disks with JWST” by B. Damian (University of St Andrews): eight isolated planetary-mass objects caught by the James Webb Space Telescope[:]

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Otto oggetti isolati di massa planetaria, identificati in tre regioni di formazione stellare, mostrano caratteristiche uniche: segni di formazione planetaria in atto e nuvole ricche di silicati nelle loro fotosfere.

 

Era il 2000 quando abbiamo imparato che è possibile l’esistenza di oggetti di massa planetaria isolati, ossia non legati a sistemi esoplanetari, grazie ad osservazioni analizzate da due gruppi di ricercatori, appartenenti rispettivamente all’Istituto di Astrofisica delle Isole Canarie e all’Università di Hertfordshire, i primi ad individuare due piccoli oggetti di questo tipo in due regioni di formazione stellare nella direzione della costellazione di Orione.

 

Si tratta, ovviamente, di oggetti difficili da osservare: piccoli e freddi, emettono debolmente nella banda infrarossa, rendendo la loro individuazione complessa. Tuttavia, questi oggetti sono di grande interesse scientifico, poiché possono fornire informazioni preziose sui meccanismi che portano all’espulsione di giganti gassosi da giovani sistemi planetari e sul limite inferiore di massa dei prodotti del processo di formazione stellare. Inoltre, se questi oggetti si formano come le stelle, pur senza riuscire ad accumulare massa sufficiente per innescare reazioni termonucleari nel loro nucleo, è possibile che attorno ad essi si formino sistemi planetari in miniatura?

A queste domande oggi possiamo iniziare a rispondere grazie al supertelescopio James Webb Space Telescope (JWST) delle agenzie spaziali americana (NASA), europea (ESA) e canadese (CSA). Grazie alla sua elevatissima sensibilità nella banda infrarossa, infatti, gli specchi del JWST riescono a catturare abbastanza luce anche da questi piccoli oggetti, permettendo così un’analisi dettagliata delle loro proprietà fisiche e chimiche.

 

Nell’articolo “Spectroscopy of Free-Floating Planetary-Mass Objects and their disks with JWST“, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomical Journal, il team guidato dall’astrofisica B. Damian (School of Physics & Astronomy, University of St Andrews) ha analizzato osservazioni JWST di otto oggetti isolati di massa planetaria nelle regioni di formazione stellare del Toro, Cameleonte I e ρ Ophiuchi. Le osservazioni hanno permesso di classificare gli oggetti, stimandone la massa (5-10 masse gioviane) e la temperatura efficace (1600-1900 K).

In sei di questi otto oggetti, i dati indicano la presenza di dischi protoplanetari, cioè le strutture a forma di disco da cui si formano i sistemi planetari attorno alle stelle. In questi sei casi, i dischi mostrano caratteristiche associate alla presenza di corpuscoli solidi micrometrici (grani) di silicati di diversa dimensione e grado di cristallizzazione, elementi fondamentali per l’avvio della formazione planetaria.

Inoltre, in uno degli oggetti è stata rilevata la presenza di grani di silicati pur in assenza di un disco protoplanetario. In questo caso, gli astronomi ritengono di aver individuato l’assorbimento della radiazione dovuto a nuvole ricche di silicati sospese nella fotosfera dell’oggetto. Non solo si tratta degli oggetti di massa più piccola finora noti a mostrare queste proprietà, ma essi dimostrano anche che fenomeni di grande interesse scientifico possono verificarsi anche in corpi isolati di massa planetaria.

Tra gli autori dello studio figura anche l’astrofisico V. Almendros Abad dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.

 

La figura di copertina (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra una raccolta di immagini WISE nel medio infrarosso degli oggetti analizzati nello studio (sempre piuttosto deboli e al centro di ciascun pannello). Nel pannello centrale è invece riportata una rappresentazione artistica, generata tramite intelligenza artificiale, di una nana bruna con nuvole nella sua atmosfera.

 

Mario Giuseppe Guarcello 

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Eight free-floating planetary-mass objects, identified in three star-forming regions, exhibit unique features: signs of ongoing planet formation and silicate-rich clouds in their photospheres.

 

It was in the year 2000 that we first learned of the possible existence of free-floating planetary-mass objects—not bound to any exoplanetary system—thanks to observations analyzed by two research groups, one from the Institute of Astrophysics of the Canary Islands and the other from the University of Hertfordshire. These teams were the first to identify two such small objects in star-forming regions in the direction of the Orion constellation.

 

These are, of course, extremely difficult objects to observe: small and cold, they emit faintly in the infrared, making them challenging to detect. Nevertheless, they are of great scientific interest, as they can provide valuable insights into the mechanisms that eject gas giants from young planetary systems and help define the lower mass limit of products formed through stellar formation processes. Furthermore, if these objects form like stars—but fail to accumulate enough mass to trigger thermonuclear reactions in their cores—could miniature planetary systems form around them?

Today, we can begin to answer these questions thanks to the James Webb Space Telescope (JWST), a collaboration between NASA, ESA, and CSA. With its exceptional sensitivity in the infrared, JWST mirrors are able to capture enough light from these small objects to allow for detailed analysis of their physical and chemical properties.

 

In the article “Spectroscopy of Free-Floating Planetary-Mass Objects and their disks with JWST”, recently published in The Astronomical Journal, the team led by astrophysicist B. Damian (School of Physics & Astronomy, University of St Andrews) analyzed JWST observations of eight free-floating planetary-mass objects in the star-forming regions of Taurus, Chamaeleon I, and ρ Ophiuchi. These observations enabled the classification of the objects, with estimated masses ranging from 5 to 10 Jupiter masses and effective temperatures between 1600 and 1900 K.

In six out of these eight objects, the data reveal the presence of protoplanetary disks—disk-shaped structures from which planetary systems form around stars. In these cases, the disks exhibit features consistent with the presence of micrometer solid particles (grains) of silicates of varying size and crystallinity—key ingredients for initiating planet formation.

Additionally, in one object, silicate grains were detected even in the absence of a protoplanetary disk. In this case, astronomers believe the radiation absorption is due to silicate-rich clouds suspended in the object’s photosphere. Not only are these the lowest-mass objects known to exhibit such properties, but they also demonstrate that scientifically intriguing phenomena can occur even in free-floating planetary-mass bodies.

Among the co-authors of the study is astrophysicist V. Almendros Abad of INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.

 

The cover image (click here to view in full) shows a collection of WISE mid-infrared images of the objects analyzed in the study (each one faint and located at the center of its panel). The central panel presents an AI-generated artistic rendering of a brown dwarf with atmospheric clouds.

 

Mario Giuseppe Guarcello 

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