Grazie al telescopio spaziale Hubble della NASA un gruppo di astronomi ha scoperto nuovi indizi sorprendenti su una stella massiccia in rapido invecchiamento. La stella ha mostrato un comportamento talmente strano, rispetto alle altre che conosciamo nella nostra galassia, che gli astronomi l’hanno soprannominata “Nasty 1” (letteralmente “brutta” o “sciatta”), un gioco di parole sul nome catalogo di NaSt1 che deriva dalle prime due lettere di ciascuno dei due astronomi che la scoprirono nel 1963: Jason Nassau e Charles Stephenson. Nasty 1 potrebbe rappresentare una fase transitoria dell’evoluzione delle stelle molto massicce.
Nasty 1 è stata identificata come una Wolf-Rayet, ovvero una stella in rapida evoluzione con una massa molto maggiore rispetto a quella del nostro Sole. Questo tipo di stelle perdono i propri strati esterni ricchi di idrogeno esponendo il nucleo estremamente brillante e caldo, composto essenzialmente da elio.
Eppure Nasty 1 non sembra una tipica stella Wolf-Rayet. Quando gli astronomi l’hanno osservata utilizzando il telescopio Hubble si aspettavano di vedere due lobi di gas simmetrici, simili a quelli osservati attorno alla stella massiccia Eta Carinae, una candidata Wolf-Rayet. Invece Hubble ha rivelato un disco di gas ampio circa 3.200 miliardi di km che potrebbe essersi formato da una stella compagna poco visibile, posizionata lungo l’inviluppo esterno della neonata Wolf-Rayet. In base alle stime attuali, la nebulosa che circonda le stelle ha poche migliaia di anni di età, e si trova a meno di 3.000 anni luce dalla Terra.
Questa impressione artistica rivela un ampio disco di gas che circonda una stella di Wolf-Rayet (mostrata al centro). Una stella compagna sta attirando a sé gli strati esterni della Wolf-Rayet, come mostra il ponte di materiale brillante che collega le due stelle. Questo atto di cannibalismo stellare espone il nucleo di elio della stella massiccia. Parte del materiale, tuttavia, si disperde nello spazio formando unu enorme disco. Questa struttura a disco non è mai stata osservata prima d’ora intorno ad una stella Wolf-Rayet. Crediti: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)
«Ci siamo molto entusiasmati nel vedere questa struttura a disco, perché potrebbe essere la dimostrazione che una stella Wolf-Rayet si può formare da un sistema binario interagente», ha detto Jon Mauerhan della University of California, a capo dello studio. «È molto difficile osservare questo processo in azione, poiché questa fase è di breve durata, forse che dura solo un centinaio di migliaia di anni, mentre i tempi entro cui un disco prodotto da questo tipo di processi rimane visibile potrebbero addirittura arrivare a 10 mila anni o meno».
Secondo lo scenario proposto dagli autori del lavoro, una stella massiccia evolve molto rapidamente e appena comincia ad essere a corto di idrogeno si espande. Il suo involucro esterno di idrogeno è dunque più debolmente legato e vulnerabile all’attrazione gravitazionale o ad altri tipi di cannibalismo stellare da parte della compagna. Durante questo processo, la stella più compatta finisce con l’aumentare la propria massa, e la stella originariamente massiccia perde il proprio inviluppo di idrogeno esponendo il nucleo di elio e diventando una stella Wolf-Rayet.
Un altro canale attraverso il quale si pensa si possano formare le Wolf-Rayet è quando una stella massiccia espelle il proprio inviluppo esterno di idrogeno attraverso un forte flusso di vento stellare. Il modello di interazione binaria, in cui è presente una stella compagna, sta guadagnando maggiore credibilità perché gli astronomi si sono resi conto che almeno il 70% delle stelle massicce sono membri di sistemi a due stelle. La sola perdita di massa, inoltre, non può spiegare la frazione di Wolf-Rayet rispetto ad altre stelle massicce meno evolute all’interno della galassia.
«Stiamo constatando che è difficile formare tutte le Wolf-Rayet che osserviamo attraverso il meccanismo del vento stellare, perché in questo caso la perdita di massa non è efficace come pensavamo», ha detto Nathan Smith della University of Arizona a Tucson, co-autore del nuovo lavoro su NaSt1. «Lo scambio di materiale nei sistemi binari sembra essere di vitale importanza per la formazione di stelle Wolf-Rayet e per le supernovae a cui danno vita. Catturare immagini di stelle binarie che attraversano questa breve fase ci aiuterà a capire meglio questo processo».
Ma il processo di trasferimento di massa nei sistemi binari non è sempre efficace. Una parte della materia strappata alla stella massiccia può essere espulsa durante il tira e molla gravitazionale tra le stelle, creando un disco attorno al sistema binario. «Questo è quello che pensiamo stia accadendo a Nasty 1», ha detto Mauerhan. “Pensiamo che ci sia una stella Wolf-Rayet sepolta all’interno della nebulosa, e pensiamo che la nebulosa sia stata creato da questo processo di trasferimento di massa. Questo tipo di cannibalismo stellare “sciatto” rende il soprannome di Nasty 1 piuttosto adatto».
Questa immagine è stata catturata nel mese di aprile 2013 con la Wide Field Camera 3 del telescopio spaziale Hubble della NASA e rivela la presenza di un disco intorno alla stella soprannominata Nasty 1. La stella potrebbe rappresentare una breve fase transitoria nell’evoluzione delle stelle massicce. Crediti: NASA, ESA, e J. Mauerhan (University of California, Berkeley)
Osservare nel dettaglio Nasty 1 non è stato facile. Il sistema è circondato da grandi quantità di gas e polvere, che impediscono persino ad Hubble di avere una visione nitida delle stelle al suo interno. Il team di Mauerhan non è quindi stato in grado di stimare con precisione la massa di ogni stella, la distanza che le separa, o la quantità di materiale che viene trasferito sulla stella compagna.
Tuttavia, grazie ad osservazioni precedenti abbiamo alcune informazioni sul gas presente nel disco. Il materiale viaggia a circa 35.000 km all’ora nella nebulosa esterna, una velocità bassa rispetto a stelle simili. Una velocità relativamente lenta indica che la stella ha espulso il suo materiale attraverso un evento non molto violento, se confrontato alle esplosioni di Eta Carinae, il cui gas ha velocità di centinaia di migliaia di km all’ora.
Nasty 1 potrebbe anche diffondere il materiale in modo sporadico. Studi precedenti effettuati nella banda infrarossa hanno evidenziato un addensamento compatto di polvere calda, molto vicino alle stelle centrali. Recenti osservazioni di Mauerhan e colleghi dell’Università dell’Arizona, realizzate con il telescopio Magellan al Las Campanas Observatory in Cile, hanno permesso di rivelare la presenza di un addensamento di polveri a temperature più basse e di dimensioni più estese che potrebbe essere responsabile della dispersione della luce proveniente dalle stelle centrali. L’osservazione di polvere a temperature intermedie implica che questa si è formata in tempi recenti, forse a getti, a causa dello scontro del materiale chimicamente arricchito dei due venti stellari, si è quindi miscelata, e poi si è allontanata raffreddandosi. La struttura con addensamenti e spazi vuoti osservata nelle regioni esterne del disco potrebbe anche spiegarsi con cambiamenti sporadici dell’intensità del vento o del tasso con cui la stella compagna attira a sé gli strati esterni di idrogeno della stella principale.
Per poter misurare i venti supersonici di ciascuna stella, gli astronomi hanno richiesto tempo osservativo con il telescopio Chandra X-ray Observatory della NASA. Le osservazioni hanno rivelato la presenza di plasma ad altissime temperature, forte indicatore del fatto che i venti delle stelle che compongono il sistema sono effettivamente in collisione. Questi risultati sono coerenti con ciò che gli astronomi hanno osservato in altri sistemi di Wolf-Rayet.
L’attività di trasferimento caotico di massa cesserà nel momento in cui la stella Wolf-Rayet esaurirà il proprio materiale. In seguito, il gas nel disco si dissiperà fornendo una visione chiara del sistema binario.
«Quale percorso evolutivo intraprenderà la stella non è ancora chiaro, ma sicuramente non sarà noioso», ha detto Mauerhan. «Nasty 1 potrebbe evolvere in un altro sistema del tipo di Eta Carinae. Per arrivare a compiere questa trasformazione, la stella compagna che guadagna massa potrebbe ad esempio sperimentare un grande eruzione, a causa dell’instabilità dovuta all’acquisizione di materia. In alternativa, la Wolf-Rayet potrebbe esplodere come una supernova. Un altro possibile scenario è la fusione tra le due stelle a seguito dell’evoluzione orbitale del sistema. Il futuro potrebbe essere pieno di possibilità esotiche, che dipendono dal fatto che il sistema esploda o meno, dalla durata del trasferimento di massa, e dal tempo di sopravvivenza del sistema al termine del trasferimento di massa».
L’articolo di Mauerhan e collaboratori si intitola “Multiwavelength observations of NaSt1 (WR 122): Equatorial mass loss and X-rays from an interacting Wolf-Rayet binary” ed è disponibile al seguente link: http://arxiv.org/pdf/1502.01794v2.pdf