Stelle Binarie

Il Sole è circondato da milioni di stelle binarie!

2024

Il Sole ruota da solo intorno alla sua orbita galattica, un viaggio in solitario attraverso lo spazio.

Ma per metà delle stelle della Via Lattea non è così. Esistono con un compagno, un duo che viaggia insieme nel cosmo. Vincolati dalla gravità, questi stelle binarie vengono in una sconcertante varietà di caratteristiche e in molti modi sono la chiave per comprendere il cosmo.

E ora lo sappiamo ce ne sono ben più di un milione entro circa 3000 anni luce dal Sole .

Ciò è dovuto all'osservatorio Gaia e a un team dedicato di astronomi che hanno raccolto l'enorme riserva di dati che ha generato.

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Una mappa artistica della Via Lattea, con un cerchio di 3000 anni luce di raggio centrato sul Sole. Credito: NASA / JPL-Caltech / Robert Hurt (SSC-Caltech) / Phil Plait (annotazione)

Gaia è una missione dell'Agenzia spaziale europea che orbita intorno al Sole in una posizione stabile a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra. La sua missione è misurare le posizioni, i movimenti, i colori e altre caratteristiche di over quasi due miliardi di stelle nella galassia. Questo è tutto. Non specifica che tipo di stella guardare (a parte che deve essere abbastanza luminosa da vedere) o approfondire per rispondere a una domanda specifica.

Invece, l'idea è quella di creare un vasto database di stelle e dei loro parametri fisici in modo che gli astronomi, fantasiosi come sono, possano quindi analizzarlo per trovare le risposte alla domanda che hanno.

Una domanda è, quanti stelle binarie ci sono che possiamo trovare usando i dati di Gaia? E una volta che lo avremo in mano, cosa possiamo imparare su di loro e sulle stelle in generale dai dati?

Ed è quello che ha fatto il team di astronomi . Per trovare le binarie, hanno cercato coppie di stelle che fossero entrambe alla stessa distanza dalla Terra (usando parallasse , l'apparente cambiamento di posizione di una stella nel tempo mentre Gaia orbita attorno al Sole) e si muove nella stessa direzione alla stessa velocità - ciò che chiamiamo moto proprio . Tutte le stelle che possiamo vedere orbitano attorno al centro della Via Lattea e nel tempo la loro posizione nel cielo cambia a causa di quel movimento. Gaia può misurare cambiamenti estremamente piccoli nella posizione di una stella, ottenendo misurazioni abbastanza decenti per quelle fino a 3000 anni luce.

Per assicurarsi che avessero binari veri e non allineamenti casuali tra stelle a distanze diverse da noi, hanno passato attraverso una serie di filtri di dati, selezionando l'elenco. Ad esempio, due stelle che erano troppo distanti per essere legate l'una all'altra tramite gravità sono state lasciate cadere, così come le stelle in grappoli o parte di un sistema a tre stelle.

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Alla fine non possono eliminare del tutto gli allineamenti casuali, ma possono mostrare statisticamente che sono in numero molto basso nel loro catalogo finale.

I risultati?

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Immagine Hubble di una delle stelle binarie più vicine al Sole: Sirio A (al centro) e la sua compagna nana bianca B (in basso a sinistra); A è circa 10.000 volte più luminoso. Credito: NASA, ESA, H. Bond (STScI) e M. Barstow (Università di Leicester

Hanno trovato 1,26 milioni di stelle che hanno una probabilità del 90% di essere binarie vincolate o, se aumentano la possibilità al 99%, 1,1 milioni di stelle. Ad ogni modo, ben oltre mezzo milione di sistemi binari entro 3000 anni luce dal Sole.

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Questo è subito un risultato sorprendente. Il sistema stellare più vicino, Alpha Centauri, dista più di 4 anni luce. Questo fa sembrare che non ci siano molte stelle vicino al Sole, ma quel numero aumenta con il cubo della distanza che stai guardando - ricorda, il volume di una sfera è 4/3 x pi x raggio³, ed è quel raggio al cubo che domina. Guarda 40 anni luce e ci saranno mille stelle. Entro 400 anni luce ce ne sono un milione.

Entro 3000 anni luce dovrebbero esserci circa 400 milioni di stelle^*! Tuttavia, la maggior parte è troppo debole per essere vista da Gaia. Ma di quelli che può, oltre un milione ha una relazione seria con un'altra star.

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Le due stelle del sistema binario [BHB2007] 11 sono in fase di formazione, attingendo materiale dal disco che circonda entrambe tramite una coppia di filamenti, avvolti a causa del moto delle stelle l'una intorno all'altra. Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.

Le statistiche: di questi sistemi binari, 900.000 sistemi avevano entrambe le stelle al loro interno, essendo stelle come il Sole, che fondevano l'idrogeno in elio nei loro nuclei, ciò che chiamiamo stelle della sequenza principale . 16.000 erano in un sistema con una stella della sequenza principale e una nana bianca, il nucleo caldo di una stella esposta allo spazio dopo la morte della stella. 1.400 erano in un sistema nana bianca/nana bianca (di solito chiamato a sistema doppio degenere ), 10.000 sistemi avevano una stella gigante - vicina alla fine della sua vita e gonfia enormemente - e 130 erano entrambe stelle giganti. 13.000 erano sistemi con stelle subgiganti, in cui la stella ha appena iniziato a consumare il suo carburante ed è in procinto di gonfiarsi fino a diventare una gigante.

Questi numeri sono immensamente utili per gli astronomi. Le stelle nelle binarie si formano insieme dalla stessa nube di gas, quindi hanno la stessa età e composizione. Ciò aiuta a eliminare i fattori di confusione quando si cerca di capire altre caratteristiche. La loro orbita intorno all'altro ti dà le loro masse. Le nane bianche hanno un tasso di raffreddamento ben noto, quindi possiamo anche ottenere la loro età (i più deboli che hanno visto nei dati di Gaia erano più di 10 miliardi anni, una grande frazione dell'età dell'Universo). L'osservazione dei subgiganti e dei giganti in questi sistemi ci mostra anche come si evolvono nel tempo.

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Opera d'arte raffigurante un secondo sole, un compagno binario del Sole che potrebbe essere esistito miliardi di anni fa. Credito: M. Weiss

Probabilmente è solo una coincidenza che il Sole non sia in un binario. Alcune stelle lo sono, altre no. Abbiamo trovato molti esopianeti in sistemi binari, in orbita attorno a una stella o entrambi, quindi non è che le stelle singole siano le uniche con pianeti. Ma più sappiamo delle stelle binarie, più informata è anche la nostra comprensione del modo in cui si formano i pianeti.

E, ad essere onesti, non sappiamo con certezza che il Sole sia sempre stato solo. È possibile che una volta facesse parte di un sistema binario . Quindi, ancora una volta, saperne di più su di loro ci aiuterà a capire meglio il Sole, il che significa capire meglio noi stessi.

ora di punta a cosa serve?

Binario o non binario, sono tutte stelle, ognuna vale la pena conoscerle e comprenderle così come sono. Forse c'è anche una lezione più generale.

^* La galassia è un disco piatto, quindi intorno a questa distanza la geometria diventa più complicata rispetto all'uso della distanza al cubo e il numero aumenta più come la distanza al quadrato.