Una coppia di stelle all'inizio di una fase di inviluppo comune. Nell'impressione di questo artista, abbiamo una vista molto vicina a un sistema binario in cui due stelle hanno appena iniziato a condividere la stessa atmosfera. La stella più grande, una stella gigante rossa, ha fornito un'atmosfera enorme, fresca, che tiene insieme appena. La stella più piccola orbita sempre più velocemente attorno al centro di massa delle stelle, ruotando sul proprio asse e interagendo in modo drammatico con il nuovo ambiente. l'interazione crea potenti getti che emettono gas dai suoi poli e un anello di materiale che si muove più lentamente all'equatore. Credito: Danielle Futselaar, artsource.nl
A differenza del nostro Sole, la maggior parte delle stelle vive con un compagno. A volte, due si avvicinano così tanto che uno inghiotte l'altro, con conseguenze di vasta portata. Quando un team di astronomi guidato da Chalmers ha usato il telescopio ALMA per studiare 15 stelle insolite, sono rimasti sorpresi nello scoprire che tutte recentemente hanno subito questa fase. La scoperta promette nuove informazioni sui fenomeni più drammatici del cielo e sulla vita, morte e rinascita tra le stelle.
Utilizzando il gigantesco telescopio ALMA in Cile, un team di scienziati guidato da Chalmers ha studiato 15 stelle insolite nella nostra galassia, la via Lattea, i 5000 anni luce più vicini dalla Terra. Le loro misurazioni mostrano che tutte le stelle sono doppie e tutte hanno recentemente sperimentato una fase rara che è poco conosciuta, ma si crede che porti a molti altri fenomeni astronomici. I loro risultati sono stati pubblicati questa settimana sulla rivista scientifica Nature Astronomy.
Dirigendo le antenne di ALMA verso ogni stella e misurando la luce di diverse molecole vicino a ciascuna stella, i ricercatori speravano di trovare indizi sui loro retroscena. Soprannominate "fontane d'acqua", queste stelle erano note agli astronomi a causa della luce intensa proveniente dalle molecole d'acqua, prodotta da gas insolitamente denso e in rapido movimento.
Situato a 5000 m sul livello del mare in Cile, l'ALMA è sensibile alla luce con lunghezze d'onda di circa un millimetro, invisibile agli occhi umani, ma ideale per guardare attraverso gli strati di polverose nubi interstellari della Via Lattea verso le stelle avvolte dalla polvere.
“Eravamo molto curiosi di queste stelle perché sembrano espellere nello spazio quantità di polvere e gas, alcune sotto forma di getti con velocità fino a 1.8 milioni di chilometri all'ora. Pensavamo di poter trovare indizi su come venivano creati i getti, ma invece abbiamo trovato molto di più", afferma Theo Khouri, primo autore del nuovo studio.
Immagine di ALMA del sistema stellare di fontane d'acqua W43A, che si trova a circa 7000 anni luce dalla Terra nella costellazione dell'Aquila, l'Aquila. La doppia stella al centro è troppo piccola per essere risolta in questa immagine. Tuttavia, le misurazioni di ALMA mostrano che l'interazione delle stelle ha cambiato il suo ambiente immediato. I due getti espulsi dalle stelle centrali si vedono in blu (si avvicina a noi) e rosso (in allontanamento). Le nuvole polverose trascinate dai getti sono mostrate in rosa. Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), D. Tafoya et al.
Stelle che perdono fino alla metà della loro massa totale
Gli scienziati hanno utilizzato il telescopio per misurare le impronte delle molecole di monossido di carbonio, CO, alla luce delle stelle, e hanno confrontato i segnali di diversi atomi (isotopi) di carbonio e ossigeno. A differenza della sua molecola gemella, l'anidride carbonica, la CO2, il monossido di carbonio è relativamente facile da scoprire nello spazio ed è uno strumento preferito dagli astronomi.
“Grazie alla squisita sensibilità di ALMA, siamo stati in grado di rilevare i segnali molto deboli di diverse molecole nel gas espulso da queste stelle. Quando abbiamo esaminato da vicino i dati, abbiamo visto dettagli che davvero non ci aspettavamo di vedere", afferma Theo Khouri.
Le osservazioni hanno confermato che tutte le stelle stavano espellendo i loro strati esterni. Ma le proporzioni dei diversi atomi di ossigeno nelle molecole indicavano che sotto un altro aspetto le stelle non erano così estreme come sembravano, spiega il membro del team Wouter Vlemmings, astronomo a Chalmers.
“Ci siamo resi conto che queste stelle hanno iniziato la loro vita con la stessa massa del Sole, o solo poche volte di più. Ora le nostre misurazioni hanno mostrato che hanno espulso fino al 50% della loro massa totale, solo nelle ultime centinaia di anni. Deve essere successo loro qualcosa di veramente drammatico", dice.
Perché stelle così piccole perdevano così tanta massa così velocemente? Le prove indicavano tutte una spiegazione, hanno concluso gli scienziati. Erano tutte stelle doppie e avevano appena attraversato una fase in cui le due stelle condividevano la stessa atmosfera: una stella completamente abbracciata dall'altra.
“In questa fase le due stelle orbitano insieme in una sorta di bozzolo. Questa fase, la chiamiamo fase di “busta comune”, è davvero breve e dura solo poche centinaia di anni. In termini astronomici, è finita in un batter d'occhio", afferma il membro del team Daniel Tafoya.
La maggior parte delle stelle nei sistemi binari orbitano semplicemente attorno a un comune centro di massa. Queste stelle, tuttavia, condividono la stessa atmosfera. Può essere un'esperienza che cambia la vita per una stella e può persino portare le stelle a fondersi completamente.
Indizi per il futuro
Gli scienziati ritengono che questo tipo di episodio intimo possa portare ad alcuni dei fenomeni più spettacolari del cielo. Capire come accade potrebbe aiutare a rispondere ad alcune delle più grandi domande degli astronomi su come vivono e muoiono le stelle, spiega Theo Khouri.
“Cosa succede per causare un'esplosione di supernova? Come fanno i buchi neri ad avvicinarsi abbastanza da scontrarsi? Cosa rende gli oggetti belli e simmetrici che chiamiamo nebulose planetarie? Gli astronomi sospettano da molti anni che gli involucri comuni facciano parte delle risposte a domande come queste. Ora abbiamo un nuovo modo di studiare questa fase epocale ma misteriosa", afferma.
Comprendere la fase dell'involucro comune aiuterà anche gli scienziati a studiare cosa accadrà in un futuro molto lontano, quando anche il Sole diventerà una stella più grande e più fredda, una gigante rossa, e inghiottirà i pianeti più interni.
“La nostra ricerca ci aiuterà a capire come ciò potrebbe accadere, ma mi dà un'altra prospettiva più fiduciosa. Quando queste stelle si abbracciano, inviano nello spazio polvere e gas che possono diventare gli ingredienti per le prossime generazioni di stelle e pianeti, e con loro il potenziale per una nuova vita", afferma Daniel Tafoya.
Poiché le 15 stelle sembrano evolversi su una scala temporale umana, il team prevede di continuare a monitorarle con ALMA e con altri radiotelescopi. Con i futuri telescopi dell'Osservatorio SKA, sperano di studiare come le stelle formano i loro getti e cambiano l'ambiente circostante. Sperano anche di trovarne di più, se ce ne sono.
“In realtà, pensiamo che le note “fontane d'acqua” potrebbero essere quasi tutti i sistemi del loro genere in tutta la nostra galassia. Se questo è vero, allora queste stelle sono davvero la chiave per comprendere il processo più strano, meraviglioso e importante che due stelle possono sperimentare nelle loro vite insieme”, conclude Theo Khouri.
Riferimento: "Identificazione osservazionale di un campione di probabili eventi recenti della busta comune" di Theo Khouri, Wouter HT Vlemmings, Daniel Tafoya, Andrés F. Pérez-Sánchez, Carmen Sánchez Contreras, José F. Gómez, Hiroshi Imai e Raghvendra Sahai, 16 dicembre 2021, Astronomia naturale.
DOI: 10.1038/s41550-021-01528-4
La ricerca è pubblicata nell'articolo "Identificazione osservazionale di un campione di probabili eventi recenti della busta comune" in Natura Astronomia, di Theo Khouri (Chalmers), Wouter HT Vlemmings (Chalmers), Daniel Tafoya (Chalmers), Andrés F. Pérez-Sánchez (Università di Leiden, Paesi Bassi), Carmen Sánchez Contreras (Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), Spagna), José F. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, Spagna), Hiroshi Imai (Kagoshima University, Giappone) e Raghvendra Sahai (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA).
ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) è una struttura astronomica internazionale è una partnership di ESO, la National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti e l'Istituto nazionale di scienze naturali (NINS) del Giappone in collaborazione con la Repubblica del Cile. ALMA è finanziata dall'ESO per conto dei suoi Stati membri, da NSF in collaborazione con il National Research Council of Canada (NRC) e il Ministero della Scienza e della Tecnologia (MOST) e da NINS in collaborazione con l'Academia Sinica (AS) di Taiwan e il Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).
Chalmers e l'Osservatorio spaziale di Onsala sono stati coinvolti in ALMA sin dal suo inizio; i ricevitori per il telescopio sono uno dei tanti contributi. L'Osservatorio spaziale di Onsala ospita il Centro regionale Nordic ALMA, che fornisce competenze tecniche al progetto ALMA e supporta gli astronomi dei paesi nordici nell'utilizzo di ALMA.
