Grazie all’uso di una tecnica che ha lo scopo di individuare campioni di “gemelli stellari”, i ricercatori dell’Università di Cambridge sono stati in grado di misurare le distanze tra le stelle con una precisione molto elevata rispetto ai quei metodi che sono dipendenti dai modelli. Questa tecnica potrebbe essere una sorta di “valore aggiunto” per la missione del satellite Gaia, che realizzerà nel corso di cinque anni una mappa tridimensionale del cielo, e allo stesso tempo potrebbe fornire preziosi indizi sui quei processi astrofisici fondamentali che avvengono nelle regioni più distanti della nostra galassia. I risultati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«La determinazione delle distanze è un problema fondamentale in astronomia», spiega Paula Jofre Pfeil dell’Istituto di Astronomia a Cambridge e autrice principale dello studio. «E’ impossibile conoscere la dimensione della galassia o capire come si sia formata ed evoluta nel corso del tempo se non sappiamo a quale distanza si trova una stella o un gruppo di stelle. Perciò, ogni volta che eseguiamo una misura accurata, facciamo un passo in avanti nella scala cosmica delle distanze».
Il modo migliore per misurare direttamente la distanza di una stella è il metodo della parallasse, che rappresenta lo spostamento apparente di un oggetto quando viene osservato lungo due linee di vista: ad esempio, se tendiamo la nostra mano in avanti e la guardiamo chiudendo prima l’occhio sinistro e poi l’occhio destro, noteremo che la mano apparirà muoversi rispetto allo sfondo. Lo stesso effetto può essere utilizzato per calcolare la distanza delle stelle misurando il moto apparente di una stella vicina rispetto alle stelle più distanti. Misurando l’angolo sotteso tra due osservazioni (parallasse), gli astronomi possono determinare la distanza di una particolare stella. Ad ogni modo, il metodo della parallasse può essere applicato solo nel caso di stelle che sono ragionevolmente vicine, dato che per distanze superiori a 1600 anni luce, gli angoli sottesi diventano troppo piccoli per essere misurati persino dal satellite Hipparcos, precursore di Gaia. Di conseguenza, su circa 100 miliardi di stelle che popolano la Via Lattea, oggi abbiamo misure accurate della distanza di un campione di 100.000 stelle.
Gaia sarà in grado di misurare la parallasse con una precisione maggiore rispetto a quanto è stato fatto in precedenza e anche per stelle che si trovano fino a 30.000 anni luce. Gli scienziati avranno presto misure molto precise delle distanze stellari per circa un miliardo di stelle che sta mappando il satellite Gaia, ma si tratta ancora dell’un percento delle stelle presenti nella nostra galassia. Per le stelle più distanti, gli astronomi dovranno ancora utilizzare quei modelli che si basano sulle proprietà fisiche delle stelle (temperatura, gravità superficiale e composizione chimica) e utilizzare l’informazione dallo spettro risultante, assieme ad un modello evolutivo, per stimare la luminosità intrinseca e per determinare la distanza. Tuttavia, questi modelli possono avere una incertezza dell’ordine del 30 percento. «Utilizzare un modello significa anche utilizzare un numero di assunzioni semplificate, come ad esempio assumere il fatto che le stelle non ruotino, che non è vero», dice Thomas Mädler dell’Università di Cambridge e co-autore dello studio. «Perciò le distanze stellari ottenute da questi metodi indiretti dovrebbero essere considerate cum grano salis».
Due stelle ‘gemelle’ con spettri identici osservati dal telescopio di 3,6m di La Silla. Poichè è noto che una stella si trova a 40 parsec, la differenza della loro luminosità apparente permette agli astronomi di calcolare la distanza dell’altra stella. Credit: Carolina Jofré
I ricercatori hanno sviluppato un modello per determinare le distanze tra le stelle che si basa sulla ricerca di “doppioni”: stiamo parlando di due stelle con spettri identici. Utilizzando un insieme di 600 stelle per cui sono disponibili spettri ad alta risoluzione, gli astronomi hanno trovato 175 coppie. Per ciascuna coppia, è nota la parallasse di una delle due stelle. Gli astronomi hanno trovato che la differenza relativa alle distanze delle coppie stellari è direttamente correlata alla differenza della loro luminosità apparente, il che significa che le distanze possono essere accuratamente calcolate senza ricorrere ai modelli. Il loro metodo, però, dà una differenza dell’8 percento rispetto alle misure note della parallasse e l’accuratezza non diminuisce quando si considerano le misure per oggetti più distanti. «Si tratta di una idea abbastanza semplice, così semplice che è difficile pensare che nessuno ci abbia pensato prima», dice Jofre Pfeil. «Più distante è una stella e più debole appare nel cielo e se due stelle hanno poi uno spettro identico allora possiamo utilizzare la loro differenza di luminosità per ricavare la distanza».
Dato che lo spettro utilizzato per una singola stella contiene 280 mila punti-dati, confrontare interi spettri di stelle differenti sarebbe un grande spreco di tempo e dati. Perciò, i ricercatori hanno selezionato 400 righe spettrali da utilizzarsi per l’analisi comparativa. Queste particolari righe sono quelle che forniscono l’informazione più importante e immediata sulla stella, un po’ come quando si confrontano le foto di alcuni individui e poi si analizza una particolare caratteristica per distinguerli.
Il passo successivo sarà quello di compilare prima un catalogo stellare per cui siano disponibili misure accurate di distanze e poi si passerà a cercare dei doppioni stellari negli altri cataloghi per cui non sono disponibili le misure. Anche se il metodo è limitato in qualche modo dal fatto di osservare stelle doppioni, grazie alla nuova generazione di telescopi più potenti sono ora disponibili spettri ad alta risoluzione di milioni di stelle. Ma con telescopi ancora più potenti, gli spettri potrebbero essere disponibili ben presto anche per quelle stelle che sono al di fuori della portata di Gaia, perciò gli scienziati sono convinti che il loro metodo rappresenterà uno strumento alquanto potente che potrà essere complementare alla missione di Gaia.
«Questo metodo sostanzialmente robusto serve per estendere la scala delle distanze cosmiche in un modo davvero speciale. Ci sono buoni presupposti che esso possa diventare estremamente importante man mano che i grandi telescopi, attualmente in fase di costruzione, permetteranno osservazioni dettagliate di stelle anche in altre galassie sulla base dei nostri studi locali e dettagliati grazie alle osservazioni di Gaia», conclude Gerry Gilmore dell’Università di Cambridge, Principal Investigator per il gruppo inglese che fa parte della missione di Gaia e co-autore dello studio.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su MNRAS: Jofré, P. et. al. – Climbing the cosmic ladder with stellar twins
- Il preprint su arXiv: A climb on the cosmic ladder with stellar twins