Molte stelle, forse addirittura la maggior parte, vivono la propria vita con compagne al loro fianco in cosiddetti sistemi binari. Fino a poco fa, tuttavia, sapevamo che le vecchie RR Lyrae, stelle variabili molto numerose e ben note, sembravano aver scelto una vita solitaria. Un recente studio condotto da astronomi cileni mostra che le RR Lyrae potrebbero non essere così solitarie come si pensava. La nuova ricerca è stata pubblicata qualche settimana fa sul Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.
Le stelle si trovano molto spesso in sistemi non isolati, più facilmente in coppie. In questi sistemi binari due stelle orbitano intorno al loro centro di massa comune, il baricentro del sistema. Tali sistemi sono di estrema importanza in astrofisica, in quanto le proprietà delle stelle che lo compongono possono essere dedotte con grande precisione da analisi dettagliate delle loro proprietà orbitali.
Curiosamente, però, la stragrande maggioranza dei membri di una famiglia molto importante di stelle, nota agli astronomi come variabili RR Lyrae, hanno mostrato per molto tempo un comportamento solitario. Queste stelle, tra le più antiche che conosciamo, contengono preziose informazioni circa l’origine e l’evoluzione dei sistemi stellari che li ospitano, come ad esempio la stessa Via Lattea. Tuttavia, l’assenza di RR Lyrae in sistemi binari ha reso molto difficile la valutazione diretta di alcune delle loro proprietà chiave. Il più delle volte era necessario invocare modelli teorici per riempire un vuoto.
Mappa del cielo in direzione del bulge centrale della Via Lattea, con le posizioni dei candidati binari indicati da cerchi rossi. L’immagine di sfondo è ottenuta dalle osservazioni nel vicino infrarosso della survey Vista Variables in the Vía Láctea (VVV) dell’ESO. La scala è approssimativamente 20 per 15 gradi. Credit: D. Minniti
Questa apparente solitudine ha sempre incuriosito gli astronomi. Ora, però, un gruppo di ricerca internazionale guidato da esperti del Millennium Institute of Astrophysics (MAS) e Pontificia Universidad Católica di Astrofisica del Chile (IA-PUC) ha trovato la prova che queste stelle potrebbero non essere così solitarie. In una lettera pubblicata sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, il team rifersce di aver individuato ben 20 candidati per sistemi binari contenenti RR Lyrae: un aumento fino al 2.000% rispetto ai conteggi precedenti. Dodici di questi candidati mostrano abbastanza evidenze da poter concludere con buona sicurezza che si tratta effettivamente di due stelle in orbita una attorno all’altra.
«Nei dintorni del Sole, circa una stella su due fa parte di un sistema binario. Il problema con le variabili RR Lyrae è che per lungo tempo solo una di loro apparteneva ad un sistema binario di lungo periodo. Il fatto che su 100.000 RR Lyrae note solo una mostrasse la presenza di una compagna era qualcosa di veramente interessante per gli astronomi», spiega Gergely Hajdu, studente di dottorato presso l’IA-PUC, ricercatore del MAS, e autore principale dello studio.
Nel loro articolo gli autori hanno utilizzato un metodo che gli astronomi chiamano “light-travel-time effect” (letteralmente “effetto dovuto al tempo di viaggio della luce”), che sfrutta piccole differenze nel tempo necessario alla luce della stella per raggiungerci per valutare la presenza di una compagna.
«Le RR Lyrae pulsano regolarmente, aumentando e diminuendo in modo significativo le loro dimensioni, temperature e luminosità, nel giro di poche ore. Quando una stella pulsante si trova in un sistema binario, i cambiamenti di luminosità che percepiamo da Terra possono essere influenzati dal punto in cui si trova la stella mentre orbita attorno alla sua compagna. Infatti, la luce delle stelle impiega più tempo per raggiungerci quando si trova nel punto più lontano della sua orbita, e viceversa. Questo effetto è ciò che abbiamo rilevato nei nostri candidati», afferma Hajdu.
Animazione che mostra il “light-travel time effect”. Il pannello superiore mostra la luminosità di una stella binaria RR Lyrae (OGLE-RRLYR-06498) in funzione del tempo. In grigio tutte le misurazioni disponibili, in rosso una selezione dei dei dati raccolti in una singola osservazione. Il pannello inferiore mostra gli stessi dati, ma campionati sul periodo di pulsazione. La principale variazione di luminosità si mostra con una forma a dente di sega e corrisponde alla pulsazione della variabile RR Lyrae, mentre il movimento avanti e indietro mostrato dai punti rossi è il comportamento determinato dalla presenza di una stella compagna. Crediti: Hajdu et al.
«Le nostre misurazioni si sono basate su dati pubblicati dal progetto polacco OGLE. Il team OGLE hanno ottenuto i propri dati utilizzando il telescopio Warsaw da 1.3 m che si trova all’Osservatorio di Las Campanas, nel Cile settentrionale. Le osservazioni hanno riguardato le stesse regioni di cielo, puntate dal telescopio ripetutamente per molti anni. I 20 candidati sono stati trovati analizzando circa 2.000 RR Lyrae localizzate nelle zone centrali della Via Lattea. Questo campione corrisponde a circa il 5% delle RR Lyrae note. È stato solo grazie alla elevata qualità dei dati OGLE e alla lunga durata di queste osservazioni che siamo finalmente riusciti a trovare segni di compagne attorno a molte di queste stelle», dice Hajdu.
Infatti, i sistemi rilevati dal Hajdu e collaboratori hanno periodi orbitali di diversi anni, il che indica che i sistemi binari, anche se legati gravitazionalmente, non sono molto stretti. «Possono anche esistere sistemi binari con periodi più lunghi, ma i dati attuali non coprono un periodo di tempo sufficientemente lungo da permetterci di ottenere conclusioni concrete», aggiunge Hajdu.
Per il co-autore Márcio Catelan, ricercatore presso il MAS, astrofisico dell’IA-PUC e relatore di tesi di Hajdu, questi risultati hanno implicazioni significative per l’astrofisica. «Queste sono stelle estremamente vecchie, che hanno assistito alla formazione di galassie come la nostra Via Lattea e sono sopravvissute per raccontarcene la storia. Inoltre sono facili da individuare, in quanto mostrano variazioni di luminosità periodiche caratteristiche, e questo le rende ottimi indicatori di distanza per le regioni più vicine a noi dell’Universo. Tuttavia, molto di quello che sapevamo delle RR Lyrae si basava su modelli teorici. Ora possiamo sfruttare le informazioni orbitali contenute in questi sistemi binari – e ce ne sono un bel po’ – al fine di misurare direttamente le loro proprietà fisiche. In particolare potremo conoscere le loro masse, e forse anche il loro diametro, aprendo così nuove porte a scoperte che fino a poco tempo fa sembravano impossibili», dice Catelan.
Questo, però, è solo il primo passo verso il raggiungimento di questi obiettivi: secondo Catelan sarà necessario ottenere più dati, in particolare osservazioni spettroscopiche e di astrometria dei candidati sistemi binari. Le ricompense che ci attendono alla fine della strada sembrano valere la pena del lungo viaggio, e le RR Lyrae percorreranno questa strada felicemente, con le compagne saldamente al loro fianco.