Il satellite Gaia ha scoperto un sistema binario estremamente raro, in cui una stella “mangia” l’altra, ma nessuna delle due contiene idrogeno, l’elemento più comune nell’Universo. Il sistema potrebbe essere uno strumento importante per capire come le stelle binarie esplodano al termine della loro vita.
Un team internazionale di ricercatori, con la collaborazione di alcuni astrofili, ha scoperto un sistema binario molto peculiare: il primo di questo tipo in cui una stella eclissa completamente l’altra. Si tratta di sistema classificabile come Variabile Cataclismica, ovvero una coppia di stelle formata da una nana bianca che attira a sé gli strati esterni della sua stella compagna, di fatto canniabalizzandola.
Il sistema binario, che è stato chiamato Gaia14aae, potrebbe anche essere un importante laboratorio per studiare le esplosioni di supernova utilizzate per stimare le distanze cosmiche e quindi per misurare l’espansione dell’Universo. I dettagli di questa ricerca saranno pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e sono disponibili a questo link.
Gaia14aae si trova a circa 730 anni luce di distanza da noi nella costellazione del Dragone. È stato scoperto dal satellite Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea nel mese di agosto 2014, quando ha aumentato improvvisamente la propria luminosità diventando cinque volte più brillante nel corso di una sola giornata.
Sovrapposizione dell’impressione artistica di un sistema tipo AMCVn (sullo sfondo) e della curva di luce di Gaia14aae (in primo piano). Crediti Fraser/ Hodgkin/Campbell/BINSIM
Gli astronomi guidati da Heather Campbell dall’Università di Cambridge hanno analizzato i dati provenienti da Gaia e hanno determinato che l’esplosione improvvisa era dovuta al fatto che la nana bianca, un corpo celeste così denso che un cucchiaino del materiale che lo compone pesa quanto un elefante, sta divorando la sua grande compagna.
Ulteriori osservazioni effettuate dal Center for Backyard Astrophysics, una collaborazione di astrofili e professionisti, hanno mostrato che Gaia14aae è una binaria a eclisse molto rara, in cui, dal nostro punto di osservazione, una stella passa davanti all’altra oscurandola completamente. Le due stelle orbitano una attorno all’altra molto rapidamente, così che si verifica un’eclissi totale all’incirca ogni 50 minuti.
«È raro vedere sistemi binari così ben allineati», ha dichiarato Heather Campbell dell’Istituto di Astronomia di Cambridge, che ha guidato la campagna di osservazioni successiva alla scoperta per Gaia14aae. «Grazie a questa peculiarità, possiamo ottenere stime molto precise di alcuni parametri fisici del sistema, e quindi comprendere meglio come sono fatti e come evolvono questi corpi celesti. È un sistema interessante, c’è molto da imparare da lui».
Utilizzando i dati spettroscopici raccolti dal William Herschel Telescope nelle Isole Canarie, Campbell e i suoi colleghi hanno scoperto che Gaia14aae contiene grandi quantità di elio, ma nessuna traccia di idrogeno, il che è molto insolito considerando che l’idrogeno è l’elemento più comune nell’Universo. La mancanza di idrogeno ha permesso di classificare Gaia14aae come un rarissimo tipo di sistema AM Canum Venaticorum (AM CVN), che a sua volta fa parte della classe delle Variabili Cataclismiche, sistemi in cui entrambe le stelle hanno perso tutto il loro idrogeno. Questo è il primo sistema di tipo AM CVn per il quale si osserva una delle due stelle eclissare totalmente l’altra.
«È molto interessante il fatto che la prima scoperta di un sistema con queste caratteristiche arrivi alla comunità scientifica grazie alla segnalazione di un gruppo di astrofili», ha detto Campbell. «Questo mette in evidenza il contributo vitale che gli astronomi dilettanti forniscono alla ricerca scientifica».
I sistemi del tipo AM CVn sono composti da una nana bianca, una stella piccola, densa e calda che sta letteralmente divorando la sua compagna più grande. Gli effetti gravitazionali della nana bianca sono così forti che costringe la stella compagna a gonfiarsi come un pallone e spostarsi inesorabilmente verso di lei.
La stella compagna ha un volume pari a circa 125 volte quello del Sole, e dunque domina la nana bianca, che ha dimensioni simili alla Terra (all’incirca come il confronto tra una mongolfiera e una biglia). Tuttavia, la stella compagna è leggera: contiene solo l’1% della massa della nana bianca.
I sistemi binari AM CVn sono di grande interesse per gli astronomi, poiché potrebbero fornire la chiave per svelare uno dei più grandi misteri dell’astrofisica moderna, ovvero ciò che provoca esplosioni di supernova di tipo Ia. Questa tipologia di supernova è importante in astrofisica perché produce un picco di luminosità di cui conosciamo il valore assoluto, e questo la rende uno strumento importante per misurare le distanze cosmiche, e dunque l’espansione dell’Universo.
Nel caso di Gaia14aae, non sappiamo se le due stelle si scontreranno causando l’esplosione di una supernova, o se la nana bianca farà in tempo a divorare tutta la sua compagna prima che questo evento esplosivo possa accadere.
«Questo è un sistema eccezionale: un rarissimo sistema binario in cui le orbite delle stelle completano un’orbita più velocemente della lancetta dei minuti di un orologio, e in più sono orientate in modo da eclissarsi l’un l’altra», ha detto Tom Marsh dell’Università di Warwick. «Saremo in grado di misurare le loro dimensioni e le masse con una precisione superiore a qualsiasi sistema di questo tipo. Ciò è molto promettente e crea aspettative molto alte sulle prossime scoperte del satellite Gaia».
«Si tratta di un incredibile primato per Gaia, e vogliamo che sia il primo di molti», ha detto Simon Hodgkin dell’Istituto di Astronomia di Cambridge, che sta conducendo la ricerca di altre sorgenti variabili, o transienti, nei dati Gaia. «Gaia ha già trovato centinaia di transienti nei suoi primi mesi di attività, e sappiamo che ce ne sono ancora molte da scoprire».
«Questa scoperta dei colleghi Inglesi», dice Mario Lattanzi dell’INAF–Osservatorio Astronomico di Torino, responsabile della partecipazione italiana alla missione Gaia «ovvero un sistema simbiotico dalle caratteristiche uniche, dimostra la capacità di Gaia, qui nella sua veste di “guardiano della Via Lattea”, e del sistema di processamento realizzato nell’ambito del consorzio Europeo DPAC (Data Processing and Analysis Consortium), di rilevare sistemi variabili (come nel caso dei lavori scientifici a rilevante partecipazione INAF di cui avevamo dato notizia lo scorso giugno, n.d.r.) e di darne rapida comunicazione alla rete di telescopi, tra cui anche strutture amatoriali, che partecipano allo sforzo per la conferma e le prime caratterizzazioni spettroscopiche di dettaglio. Nonostante alcuni difetti riscontrati durante la calibrazione in orbita, il cui impatto è stato brillantemente minimizzato grazie allo sforzo dei team del DPAC, anche Italiani, il satellite è ormai al top delle sue potenzialità in modalità scientifica».
«In questo senso», prosegue Lattanzi «l’Universo degli oggetti variabili (che siano parte del Sistema Solare, stelle di ogni tipo e natura, sistemi planetari più o meno vicini oppure oggetti extragalattici), è fin dal principio del suo concepimento uno dei casi scientifici più importanti della missione Gaia, da cui ci si aspettano le scoperte più curiose e inaspettate. Basta ricordare che il nostro “guardiano” continuerà per altri quattro anni almeno a riosservare, in media, la stessa zona della nostra Galassia più di una volta al mese. Bisogna allora prepararsi alle tante nuove meravigliose novità di cui Gaia ci dirà nel futuro… L’occhio di Gaia ne vedrà delle belle!».
L’obiettivo principale della missione Gaia, finanziata dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e coinvolge scienziati di tutta Europa, è quello di fornire la più vasta e precisa mappa tridimensionale della Via Lattea. Durante i cinque anni della sua attività nominale, che ha avuto inizio alla fine del 2013, la camera da un miliardo di pixel di Gaia osserverà e misurerà con estrema precisione il moto delle stelle e le loro orbite attorno al centro della galassia. Punterà i suoi strumenti su ogni stella circa un centinaio di volte, aiutandoci a comprendere l’origine e l’evoluzione della Via Lattea.
La ricerca è stata realizzata dai team Gaia dell’ESA, DPAC, e il DPAC Photometric Science Alerts. Il DPAC è finanziato da istituzioni nazionali, in particolare quelle istituzioni che partecipano dell’accordo multilaterale Gaia. La partecipazione Italiana a Gaia vede la presenza di numerose sedi INAF ed è cofinanziata dall’ASI.