Rappresentazione artistica di una nana bianca (a destra) che si muove attorno a una stella più grande simile al Sole (a sinistra) in un’orbita ultra corta, formando un sistema binario “cataclismico”. Crediti: M.Weiss / Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Quasi la metà delle stelle nella nostra galassia sono solitarie, come il Sole. L’altra metà vive in coppia o in sistemi di più stelle, in alcuni casi caratterizzati da orbite così strette che potrebbero rientrare nello spazio tra la Terra e la Luna.
Ora gli astronomi hanno scoperto una coppia di stelle da record, con l’orbita più breve mai osservata: appena 51 minuti. Il sistema sembra appartenere a una rara classe di binarie note come variabili cataclismiche, in cui una stella simile al Sole orbita molto vicino a una nana bianca.
Una variabile cataclismica si verifica quando le due stelle della coppia si avvicinano così tanto, nel corso di miliardi di anni, che la nana bianca inizia a “cibarsi” della stella compagna. Questo processo può comportare l’emissione di potenti lampi di luce variabili.
Il sistema appena scoperto, che il team ha etichettato come Ztf J1813+4251, è la variabile cataclismica con l’orbita più corta rilevata fino a oggi. A differenza di altri sistemi simili osservati in passato, gli astronomi hanno catturato questa variabile cataclismica quando le stelle si sono eclissate vicendevolmente più volte, permettendo di misurare con precisione le proprietà di ciascuna stella.
Con queste misurazioni, i ricercatori hanno eseguito simulazioni del probabile comportamento del sistema e di come dovrebbe evolversi nelle prossime centinaia di milioni di anni, concludendo che le stelle sono attualmente in transizione e che la stella simile al Sole ha “donato” gran parte della sua atmosfera di idrogeno alla vorace nana bianca. La stella simile al Sole alla fine si ridurrà a un nucleo più denso per lo più ricco di elio. In altri 70 milioni di anni, le stelle si avvicineranno ancora di più finché l’orbita non raggiungerà appena 18 minuti, prima che inizino a espandersi e allontanarsi.
Decenni fa, i ricercatori avevano previsto che tali variabili cataclismiche avrebbero dovuto passare a orbite ultracorte. Questa è la prima volta che è stato osservato direttamente un tale sistema in fase di transizione.
Il nuovo sistema è stato scoperto all’interno di un vasto catalogo di stelle osservato dalla Zwicky Transient Facility (Ztf), una survey che utilizza una fotocamera collegata a un telescopio al Palomar Observatory in California per scattare foto ad alta risoluzione di ampie fasce del cielo. La survey ha acquisito più di mille immagini di oltre un miliardo di stelle, registrando la luminosità di ciascuna stella nel corso di giorni, mesi e anni.
Kevin Burdge del Massachusetts Institute of Technology (Mit) – primo autore dell’articolo pubblicato su Nature – ha analizzato il catalogo alla ricerca di segnali di sistemi con orbite ultracorte, la cui dinamica può essere così estrema da emettere drammatiche esplosioni di luce e onde gravitazionali. In particolare, per questo nuovo studio ha esaminato i dati Ztf alla ricerca di stelle che sembravano lampeggiare ripetutamente, con un periodo inferiore a un’ora, una frequenza che tipicamente segnala un sistema di almeno due oggetti in orbita ravvicinata, con uno dei due che incrocia l’altro bloccandone la luce. Tra un milione di stelle selezionate, Burdge ha poi cercato a occhio segnali di particolare interesse. La sua ricerca si è concentrata su Ztf J1813+4251, un sistema che risiede a circa 3mila anni luce dalla Terra, nella costellazione di Ercole.
Utilizzando il W.M. Osservatorio Keck alle Hawaii e Gran Telescopio Canarias in Spagna, i ricercatori hanno riscontrato che il sistema in questione è eccezionalmente “pulito”, il che significa che hanno potuto vedere chiaramente il suo cambiamento di luce a ogni eclissi. Con queste premesse, sono stati in grado di misurare con precisione la massa e il raggio di entrambi gli oggetti, nonché il loro periodo orbitale.
È così che hanno scoperto che il primo oggetto è probabilmente una nana bianca, con 1/100 delle dimensioni del Sole e circa la metà della sua massa. Il secondo oggetto invece è una stella simile al Sole, verso la fine della sua vita, di un decimo delle dimensioni e della massa del Sole (circa le dimensioni di Giove). E le stelle, come si diceva all’inizio, sembrano orbitare l’una intorno all’altra ogni 51 minuti.
Ma questo risultato inizialmente li ha stupiti non poco. Secondo Burdge, «questa stella sembra il Sole, ma il Sole non può rientrare in un’orbita inferiore a otto ore».
Tuttavia, quasi 30 anni fa alcuni ricercatori, tra cui Saul Rappaport del Mit, avevano predetto che i sistemi a orbita ultracorta avrebbero dovuto esistere come variabili cataclismiche. Mentre la nana bianca orbita attorno alla stella simile al Sole e consuma l’idrogeno leggero di cui è composta, la stella simile al Sole dovrebbe esaurirsi, lasciando un nucleo di elio, un elemento che è più denso dell’idrogeno e abbastanza pesante da mantenere la stella morta in un’orbita stretta e ultracorta.
Ztf J1813+4251 probabilmente è proprio una variabile cataclismica, nell’atto di passare da un corpo ricco di idrogeno a uno ricco di elio. La scoperta conferma quindi le previsioni fatte da Rappaport e rappresenta anche la variabile cataclismica dall’orbita più corta rilevata fino ad oggi.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A dense 0.1-solar-mass star in a 51-minute-orbital-period eclipsing binary” di Kevin B. Burdge, Kareem El-Badry, Thomas R. Marsh, Saul Rappaport, Warren R. Brown, Ilaria Caiazzo, Deepto Chakrabarty, V. S. Dhillon, Jim Fuller, Boris T. Gänsicke, Matthew J. Graham, Erin Kara, S. R. Kulkarni, S. P. Littlefair, Przemek Mróz, Pablo Rodríguez-Gil, Jan van Roestel, Robert A. Simcoe, Eric C. Bellm, Andrew J. Drake, Richard G. Dekany, Steven L. Groom, Russ R. Laher, Frank J. Masci, Reed Riddle, Roger M. Smith & Thomas A. Prince