Gli abbracci intimi delle stelle


Una coppia di stelle all’inizio di una fase di inviluppo comune. In questa illustrazione artistica, abbiamo una vista da molto vicino a un sistema binario in cui due stelle hanno appena iniziato a condividere la stessa atmosfera. La stella più grande, una stella gigante rossa, ha fornito un’enorme e fredda atmosfera che tiene insieme solo per poco. La stella più piccola orbita sempre più velocemente intorno al centro di massa delle stelle, girando sul suo asse e interagendo drammaticamente con il suo nuovo ambiente. L’interazione crea potenti getti che gettano fuori gas dai suoi poli e un anello di materiale che si muove più lentamente al suo equatore.

A differenza del nostro Sole, la maggior parte delle stelle vive con un compagno. A volte, due stelle si avvicinano così tanto che una inghiotte l’altra – con conseguenze di vasta portata. Un team di astronomi che ha usato ALMA per studiare 15 stelle insolite è stato sorpreso di scoprire che tutte hanno recentemente attraversato questa fase. La scoperta promette una nuova comprensione dei fenomeni più drammatici del cielo: vita, morte e rinascita tra le stelle.


Utilizzando il gigantesco telescopio ALMA in Cile, un team di scienziati guidato da Chalmers ha studiato 15 stelle insolite nella nostra galassia, la Via Lattea, la più vicina a 5000 anni luce dalla Terra. Le loro misurazioni mostrano che tutte le stelle sono doppie. Tutte hanno recentemente sperimentato una fase rara che è poco compresa ma che probabilmente porta a molti altri fenomeni astronomici.

I loro risultati sono pubblicati questa settimana sulla rivista scientifica Nature Astronomy.

Dirigendo ALMA verso ogni stella e misurando la luce da diverse molecole vicino ad ogni stella, i ricercatori speravano di trovare indizi per le loro storie.

Soprannominate “fontane d’acqua”, queste stelle erano note agli astronomi a causa dell’intensa luce delle molecole d’acqua, prodotta da un gas insolitamente denso e in rapido movimento.

Situato a 5000 m sul livello del mare in Cile, ALMA è sensibile alla luce con lunghezze d’onda intorno al millimetro, invisibile agli occhi umani, ma ideale per guardare attraverso gli strati di nubi interstellari polverose della Via Lattea verso le stelle avvolte dalla polvere.

Eravamo particolarmente curiosi di queste stelle perché sembrano soffiare fuori quantità di polvere e gas nello spazio, alcune sotto forma di getti con velocità fino a 1,8 milioni di chilometri all’ora. Pensavamo di poter scoprire indizi su come si creavano i getti, ma invece abbiamo trovato molto di più“, dice Theo Khouri, primo autore del nuovo studio.

L’immagine di ALMA del sistema stellare W43A si trova a circa 7000 anni luce dalla Terra nella costellazione dell’Aquila. La stella doppia al suo centro è troppo piccola per essere risolta in questa immagine. Tuttavia, le misurazioni di ALMA mostrano che l’interazione delle stelle ha cambiato il suo ambiente immediato. I due getti espulsi dalle stelle centrali sono visti in blu (in avvicinamento) e in rosso (in allontanamento). Le nubi polverose trascinate dai getti sono mostrate in rosa.

Gli scienziati hanno usato il telescopio per misurare le firme delle molecole di monossido di carbonio (CO) nella luce delle stelle e hanno confrontato i segnali di diversi atomi (isotopi) di carbonio e ossigeno. A differenza della sua molecola sorella, l’anidride carbonica (CO2), il monossido di carbonio è relativamente facile da scoprire nello spazio ed è uno degli strumenti preferiti dagli astronomi.

Grazie alla squisita sensibilità di ALMA, siamo stati in grado di rilevare i segnali molto deboli di diverse molecole nel gas espulso da queste stelle. Quando abbiamo osservato da vicino i dati, abbiamo visto dettagli che non ci aspettavamo di vedere“, dice Theo Khouri.

Le osservazioni hanno confermato che le stelle stavano tutte soffiando via i loro strati esterni. Ma le proporzioni dei diversi atomi di ossigeno nelle molecole indicavano che le stelle non erano così estreme come sembravano, spiega il membro del team Wouter Vlemmings, un astronomo di Chalmers.

Abbiamo capito che queste stelle hanno iniziato la loro vita con la stessa massa del Sole o solo poche volte di più. Ora le nostre misure hanno mostrato che hanno espulso fino al 50% della loro massa totale solo nelle ultime centinaia di anni. Deve essere successo loro qualcosa di eclatante“, dice.

Perché stelle così piccole hanno perso così tanta massa e così rapidamente?

Tutte le prove indicavano una spiegazione, hanno concluso gli scienziati. Queste erano tutte stelle doppie, e tutte avevano appena attraversato una fase in cui le due stelle condividevano la stessa atmosfera, una stella interamente abbracciata dall’altra.

In questa fase, le due stelle orbitano insieme in una sorta di bozzolo. Questa fase, noi la chiamiamo fase di “involucro comune”, è davvero breve e dura solo poche centinaia di anni. In termini astronomici, è finita in un batter d’occhio“, dice il membro del team Daniel Tafoya.

La maggior parte delle stelle nei sistemi binari orbitano semplicemente intorno a un centro di massa comune. Queste stelle, tuttavia, condividono la stessa atmosfera. Può essere un’esperienza che cambia la vita di una stella e può anche portare alla completa fusione delle stelle.

Gli scienziati credono che questo tipo di episodio intimo possa portare ad alcuni dei fenomeni più spettacolari del cielo. Capire come avviene potrebbe aiutare a rispondere ad alcune delle domande più importanti degli astronomi su come le stelle vivono e muoiono, spiega Theo Khouri.

Cosa succede per causare l’esplosione di una supernova? Come fanno i buchi neri ad avvicinarsi abbastanza da scontrarsi? Cosa rende gli oggetti belli e simmetrici che chiamiamo nebulose planetarie? Gli astronomi hanno sospettato per molti anni che gli involucri comuni sono parte delle risposte a domande come queste. Ora abbiamo un nuovo modo di studiare questa fase importante ma misteriosa“, dice.

Comprendere la tipica fase di inviluppo aiuterà anche gli scienziati a studiare cosa accadrà in un futuro molto lontano, quando anche il Sole diventerà una stella più estesa e fredda – una gigante rossa – e inghiottirà i pianeti più interni.

La nostra ricerca ci aiuterà a capire come questo potrebbe accadere, ma mi dà una prospettiva più speranzosa. Quando queste stelle si abbracciano, inviano polvere e gas nello spazio che possono diventare gli ingredienti per le prossime generazioni di stelle e pianeti, e con loro il potenziale per una nuova vita“, dice Daniel Tafoya.

Dato che le 15 stelle sembrano evolvere su una scala temporale umana, il team prevede di continuare a monitorarle con ALMA e con altri radiotelescopi. Con i futuri telescopi dell’Osservatorio SKA, sperano di studiare come le stelle formano i loro getti e cambiano il loro ambiente. Sperano anche di trovarne altre – se ce ne sono.

In realtà, pensiamo che le “fontane d’acqua” conosciute potrebbero essere quasi tutti i sistemi del loro genere in tutta la nostra galassia. Se questo è vero, allora queste stelle sono la chiave per capire il processo più strano, meraviglioso e importante che due stelle possono sperimentare nella loro vita insieme“, conclude Theo Khouri.

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