• Stelle Binarie

Perchè così serio?

• 2024

Nei mesi invernali, quando Orione si erge alto nel cielo, una stella brillante brilla appena a sud-est di lui. Anche se le tre stelle nella cintura di Orione non puntassero quasi proprio su di essa, lo noteresti. Dopotutto, Sirius è la stella più luminosa nel cielo notturno.

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Il apparentemente stella più brillante, dovrei aggiungere pedantemente. In parte è dovuto alla sua luminosità intrinseca (emette circa 25 volte più energia del sole), ma ancora più importante, è vicino: a una distanza di 8,6 anni luce è il settimo sistema stellare più vicino al sole.

E sì, è è un sistema. un binario , per essere chiari; una coppia di stelle che orbitano l'una intorno all'altra. La stella che vediamo con i nostri occhi si chiama Sirius A. Il compagno, Sirius B, è una nana bianca , il nucleo piccolo e denso di quella che era una stella normale, ma ha esaurito il combustibile nucleare e ha fatto esplodere i suoi strati esterni. È molto debole alla luce visibile, circa un decimillesimo della luminosità di A. Ciò lo rende relativamente difficile da vedere, ed è stato scoperto solo nel 1862. La sua esistenza era sospettata prima; misurazioni accurate anche allora hanno mostrato che Sirius sembrava oscillare di una piccolissima quantità nel cielo. Si scopre che era dovuto alla gravità di Sirius B che tirava su A mentre orbitano l'una intorno all'altra.

Negli oltre 150 anni da allora, abbiamo imparato molto sulla coppia, ma quello che trovo interessante è che preciso le misurazioni sono state esasperatamente elusive. Sirio A è molto più luminoso di B che anche misurare la loro separazione l'uno dall'altro si è rivelato difficile. Qualsiasi fotografia in cui B è ben esposto sovraespone A fino all'inutilità.

Immagine di 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

Difficile, ma non impossibile. Un team di astronomi guidato dal mio vecchio amico e collega Howard Bond studia Sirius da un po' di tempo. Hanno osservato Sirius usando il telescopio spaziale Hubble per quasi 20 anni per ottenere misurazioni precise delle posizioni delle due stelle mentre orbitano l'una intorno all'altra. Lo hanno accoppiato con le misurazioni dell'Osservatorio navale degli Stati Uniti risalenti al 1956 ... e non solo, hanno effettivamente utilizzato osservazioni risalenti al lontano 1862!

Con tutte queste informazioni, sono finalmente riusciti a mettere insieme un quadro coerente delle due stelle , come orbitano l'un l'altro, quali sono le loro caratteristiche fisiche e, forse, la cosa più interessante è quale sia la loro storia.

Fisicamente, scoprono che Sirio A ha 2,06 volte la massa del sole e la nana bianca Sirio B ha una massa di 1,018 masse solari. Tutto bene e bene, ma sono le dimensioni delle stelle che sono sorprendenti. Scoprono che Sirio A ha un diametro che è 1.7144 volte il sole - le stelle più massicce sono più grandi, quindi ha senso - ma Sirio B ha un diametro di appena 0,008098 del sole! Questo lo rende largo circa 11.270 chilometri: più piccolo della Terra!

Ingrandire

La nana bianca più vicina a noi, Sirio B, ha la massa del Sole ma le dimensioni della Terra. Per fare un confronto, il Sole è oltre 100 volte più largo della Terra. Credito: ESA e NASA

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È una stella densa. Un centimetro cubo di esso (la dimensione di un dado a sei facce) avrebbe una massa di 2,7 tonnellate . Immagina di prendere un camioncino a pieno carico e di schiacciarlo fino alle dimensioni di una zolletta di zucchero e otterrai l'immagine. Ora, per essere onesti, lo sappiamo da decenni, ma queste nuove misurazioni sono le più accurate mai fatte. Ci aiuteranno a capire la fisica delle stelle meglio di quanto abbiamo mai fatto.

In effetti, queste misurazioni accurate delle masse, delle dimensioni, dei colori e del contenuto chimico delle stelle hanno permesso agli astronomi di utilizzare modelli fisici per calcolare l'età delle stelle. Sirio A risulta avere circa 237 – 247 milioni di anni, mentre Sirio B ha 228 milioni di anni. Le incertezze in entrambe le misurazioni sono abbastanza grandi (10 milioni di anni o giù di lì) che queste stime sono coerenti tra loro, come previsto. Possiamo supporre che siano nati insieme.

L'orbita di Sirio B attorno ad A determinata utilizzando le osservazioni di Hubble dal 1997 (in realtà orbitano l'una intorno all'altra, ma questo è mostrato rispetto ad A). L'asse verticale è nord/sud nel cielo e l'orizzontale è est/ovest. I punti rossi sono le posizioni misurate e i cerchi blu sono le posizioni contemporaneamente utilizzando l'orbita calcolata. Credito: Bond et al.

Interessante anche l'orbita delle due stelle. Ruotano l'uno intorno all'altro ogni 50,1284 anni, a una distanza compresa tra 1,2 miliardi e 4,7 miliardi di chilometri su quella che è ovviamente un'orbita altamente ellittica. L'ultima volta che sono stati più vicini (il cosiddetto periastron) è stato a metà del 1994. Ora sono più distanti che mai.

e Quello parte porta a qualcosa di davvero molto interessante! Sirius B è il nucleo bruciato di una stella che una volta era molto simile al sole, anche se più massiccia. Probabilmente ha iniziato la sua vita come una stella di massa solare 5,6, mettendolo nei livelli più alti delle stelle normali . Qualcosa come 130 milioni di anni fa ha esaurito l'idrogeno utilizzabile nel suo nucleo per fondersi in elio. Si è gonfiato in una gigante rossa, ha spazzato via i suoi strati esterni e alla fine tutto ciò che è rimasto è il suo denso nucleo inerte: la nana bianca che vediamo oggi.

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Ma quel palcoscenico da gigante rossa ci porta a un mistero. A quella massa, Sirius B si sarebbe gonfiato a quantità . Avrebbe potuto essere di 450-500 milioni di chilometri di diametro, tre volte più ampia della distanza della Terra dal sole! Ma è strano: allora la distanza del periastro tra Sirius A e B sarebbe stata inferiore al raggio di Sirius B. In altre parole, quando Sirius B si è gonfiato tutto, Sirius A ci sarebbe stato dentro!

Questo tipo di stelle è già stato visto; li chiamiamo binari di contatto. Di solito sono due stelle che condividono un'unica atmosfera a forma di nocciolina, ma in questo caso A sarebbe davvero stata all'interno di B^*. Questo è tecnicamente chiamato il fase di inviluppo comune di un sistema binario chiuso. Ma ha delle ramificazioni. Ad esempio, se le due stelle iniziano con un'orbita ellittica, questa fase la circolerà veloce . Eppure ora l'orbita delle due stelle è molto allungata. È strano. In effetti altri sistemi binari sono stati visti in questo modo, e non è affatto chiaro perché o come le orbite rimangano ellittiche dopo la fase di inviluppo comune.

Adoro questo, ad essere sincero. Quante volte ho visto Sirius, con i miei occhi, con un binocolo, con un telescopio? Centinaia? Migliaia, sicuramente. Eppure, nonostante sia la stella più luminosa nel cielo notturno, nonostante sia così vicina, nonostante decine di migliaia di ore di osservazione di Sirio in tutto il mondo e nel corso della storia, rimangono ancora dei misteri al riguardo. Di loro .

Oh, scienza. Non mi stancherò mai di te, perché c'è sempre altro da sapere. Sempre.

^*A pensarci bene, chiamiamo la stella più luminosa di una binaria A e quella più debole B. A quei tempi. B sarebbe stato A, e A sarebbe stato B. Ma questo è successo molto prima che gli umani camminassero sulla Terra e costruissero telescopi. Inoltre, quelle stelle sarebbero state dall'altra parte della galassia rispetto a noi allora. Il tempo cambia le cose.