I sistemi binari sono molto comuni nella Via Lattea: più della metà delle stelle, infatti, vivono insieme a una compagna vicina, legate dalla reciproca attrazione gravitazionale. Sorge però spontanea una domanda: è così anche nelle altre galassie? E se sì, come si comportano le coppie di stelle laggiù?

Gli scienziati dello Sloan Digital Sky Survey si sono interrogati per anni e ora, grazie a un’indagine dettagliata dello spettrografo APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Explorer), hanno iniziato a trovare risposte. Per la prima volta nella storia sono stati in grado di spiegare come una nana bianca divori la gigante rossa sua compagna in un sistema di binarie simbiotiche lontano dalla nostra galassia.

Utilizzando gli spettri, che possono rivelare i moti stellari, gli astronomi hanno dedotto le orbite delle stelle di Draco C1 e LIN 358. “Misurare le orbite di questi sistemi stellari simbiotici è un passo importante per capire se altre galassie creano stelle binarie come quelle qui nella Via Lattea”, afferma Jasmin Washington dell’Università dell’Arizona, l’autore principale dello studio. Gli importanti risultati sono stati resi pubblici al 237° meeting dell’American Astronomical Society.

La distruttiva bellezza delle binarie simbiotiche

Nei sistemi di binarie simbiotiche una piccola stella in fin di vita, la nana bianca, si ingrandisce a mano a mano che sulla sua superficie si accumula il materiale proveniente dalla gigante rossa sua compagna. Questo trasferimento di massa è causato dalla forte attrazione gravitazionale della stella piccola, dove essa viene bruciata mediante reazioni nucleari che la rendono estremamente calda e luminosa. In circostanze normali una nana bianca in una galassia lontana non si riuscirebbe a osservare dalla Terra; se invece fa parte di un sistema binario di stelle simbiotiche abbastanza vicine, il trasferimento di materiale lascia un segnale rivelatore che gli astronomi riescono a captare.

Tra le stelle binarie oggetto dell’indagine di APOGEE, Washington e il resto del team hanno selezionato due sistemi di binarie simbiotiche: Draco C1, nella Galassia Nana del Drago,  e LIN 358 nella Piccola Nube di Magellano (entrambe galassie satellite della nostra Via Lattea). Sono sistemi tranquilli, in cui non si verificheranno eventi catastrofici in futuro.

Un finale esplosivo per il sistema binario

C’è infatti da tener conto di una complicazione per questo tipo di sistemi. Se la nana bianca divora troppo materiale proveniente dalla compagna e supera una certa soglia (pari a circa una volta e mezza la massa del Sole), finisce per esplodere e distruggere anche la gigante rossa. Si tratta di un’esplosione gigantesca conosciuta come supernova di tipo IA, talmente potente da poter essere vista in tutto l’Universo. Le supernove di tipo IA hanno tutte le stessa luminosità: possono essere quindi sfruttate per misurare la distanza della loro galassia ospitante.

Riuscire a studiare le orbite di stelle simbiotiche in altre galassie ci permetterà di confermare se il processo di formazione delle supernove di tipo IA è uguale in tutto l’Universo

Così spiega Borja Anguiano, astronoma dell’Università della Virginia che lavora con APOGEE. Questo aiuterà a capire se galassie diverse dalla nostra sono fabbriche più o meno efficienti di stelle binarie.

Anche se è improbabile che i sistemi Draco C1 e LIN 358 esplodano come supernovae, hanno comunque entusiasmato gli scienziati: gli spettri del database di APOGEE mostrano che in entrambi il trasferimento di massa dalla gigante rossa alla nana bianca varia nel tempo. Questo è un indizio interessante sulla natura delle orbite delle stelle coinvolte.

Come si misurano le orbite di stelle così lontane?

L’indagine effettuata con APOGEE raccoglie gli spettri per centinaia di migliaia di stelle, sia nella nostra Via Lattea che nelle sue galassie satellite. Lo spettro di una stella è la misurazione della quantità di luce che essa emette a diverse lunghezze d’onda, una sorta di marcatore che ci da indizi utili su molte sue caratteristiche.

In particolar modo, gli spettri di APOGEE rivelano i moti delle stelle. Per un effetto noto come effetto Doppler relativistico, la frequenza della luce emessa da una stella che si sta muovendo verso di noi si sposta verso lunghezze d’onda più corte, più lunghe se si sta allontanando. Perciò quando una stella in un sistema simbiotico orbita attorno alla sua compagna, il variare del suo spettro verso lunghezze d’onda maggiori o minori indica il suo movimento indietro e avanti rispetto a noi. Se le osservazioni durano abbastanza a lungo, è possibile determinare l’intera orbita del sistema binario.

I dati dello studio dicono che Draco C1 ha un periodo orbitale di tre anni, mentre quello di LIN 358 è di poco più di due anni. Entrambi i sistemi sono stati monitorati ripetutamente negli ultimi 5 anni da APOGEE per poter definire i loro spettri completi, che ora mostrano le oscillazioni Doppler derivanti dalla danza orbitale delle due stelle binarie.

Pochissime stelle simbiotiche sono state monitorate abbastanza a lungo da consentire agli astronomi di guardare l’intera danza vorticosa.

Così ha commentato invece Hannah Lewis dell’Università della Virginia, supervisore del lavoro di Washington. “E nessuno ha mai fatto questo in dettaglio per le stelle simbiotiche in altre galassie”. Un grosso lavoro, quindi, e unico nel suo genere.

Il futuro della SDSS  con APOGEE

La prospettiva di studiare altri sistemi di binarie simbiotiche con APOGEE è entusiasmante. Ora che i ricercatori sanno da dove partire, i futuri database dello spettrografo saranno sicuramente sfruttati per darsi risposte riguardo la produttività di galassie diverse dalla nostra.

Presto APOGEE avrà mappato le orbite di molti sistemi binari appartenenti ad altre galassie. Poiché il lavoro richiede monitoraggi a lungo termine e osservazioni ripetute, sicuramente il progetto della Sloan Digital Sky Survey proseguirà per almeno altri cinque anni. E’ un po’ come spiare da lontano l’approccio lavorativo di altre galassie, che sappiamo essere gigantesche fabbriche di stelle, per conoscere sempre meglio l’efficienza della nostra.

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