Sin dall’Ottocento le osservazioni suggeriscono che molte delle stelle che abitano il cielo siano parte di sistemi binari. Non è semplice distinguerle a occhio nudo, talvolta neppure con un telescopio adatto: molte non sono abbastanza distanziate tra loro. In aiuto agli scienziati c’è però l’enorme quantità di dati immagazzinati da Gaia, l’osservatorio orbitale dell’ESA. Essi hanno permesso di generare per la prima volta un atlante 3D di 1,3 milioni di stelle binarie entro circa 3.000 anni luce dalla Terra. Kareem El-Badry, studente di post dottorato all’Università di Berkeley e autore della ricerca, spiega che la mappa dovrebbe essere di grande vantaggio per coloro che studiano le stelle binarie.
Esse, infatti, costituiscono almeno la metà di tutte le stelle simili al Sole e possono dare indizi utili per approfondire le nostre conoscenze su nane bianche, esopianeti e in generale sull’evoluzione stellare. Prima di Gaia un censimento di più di un milione di stelle binarie non sarebbe mai stato possibile. La raccolta precedente, assemblata con i dati del satellite Hipparcos, includeva solo 200 probabili coppie, ma c’è un altro motivo di vanto dell’atlante di El-Badry. Esso, infatti, include 1.400 sistemi costituiti da due nane bianche e 16.000 binari di una nana bianca e un altro tipo di stella. Sappiamo che le nane bianche sono stelle in fin di vita: a esse può essere assegnata un’età in modo più preciso di quanto sia possibile con le altre stelle.
Poiché le coppie binarie nascono nello stesso momento, l’età della nana bianca dice agli astronomi l’età della compagna o dei pianeti orbitanti nel sistema. L’atlante 3D ha anche permesso ai ricercatori di confermare che alle stelle binarie piace essere identiche. Gemelle anche nella loro massa, diversamente dalle teorie convenzionali sulla formazione stellare.
Alle stelle piace stare in coppia
La maggior parte delle stelle simili al Sole che osserviamo in cielo sono stelle binarie. Nascono insieme e, se non sono troppo vicine e non vanno incontro a interazioni reciproche, insieme trascorrono la maggior parte della loro vita. Anche le fasi finali, quando entrambe, o solo una delle due si è molto raffreddata evolvendo allo stadio di nana bianca.
L’atlante stellare generato da El-Badry e collaboratori racchiude una grande quantità di sistemi binari in cui è presente almeno una nana bianca. Tali sistemi sono quelli su qui gli astronomi prevedono di concentrarsi. “In genere è semplice dire quanti anni ha una nana bianca. Non solo da quanto tempo è una nana bianca, ma quale sia la tua età totale” spiega infatti El-Badry. Per questo motivo, e poiché le nane bianche hanno caratteristiche ben comprese, esse aiutano gli scienziati nella stima delle masse delle stelle binarie.
L’individuazione di sistemi binari prima e dopo Gaia
Prima del lancio di Gaia nel 2013, l’unico modo per trovare le binarie era cercare stelle vicine nel cielo. Questo è però complicato: stelle che sembrano molto vicine dalla Terra potrebbero in realtà essere lontane centinaia o migliaia di anni luce, un fenomeno noto come parallasse. Quindi l’osservatorio spaziale, che misura con precisione le distanze e i movimenti di milioni di stelle vicine 7 giorni su 7 per 24 ore su 24, è stato di grande aiuto. La sua indagine è stata particolarmente utile per le stelle entro 3.000 anni luce dalla Terra. Questo perché oltre tale distanza la parallasse è solitamente troppo piccola per essere misurata.
Come capire se si tratta davvero di binarie
Dopo il secondo release di dati di Gaia nel 2018, El-Badry e i suoi colleghi hanno sviluppato una tecnica computazionale per identificare le stelle che si muovono insieme nello spazio alla stessa distanza dalla Terra. Questa tecnica proietta il movimento di ogni stella per migliaia di anni in base al percorso che sta eseguendo ora ed estrae stelle che si muovono nella stessa direzione. Se esse risultano essere alla stessa distanza, in base alla parallasse, probabilmente si tratta di un sistema binario.
I ricercatori si sono concentrati su binari distanti almeno 10 unità astronomiche, cioè almeno 10 volte la distanza tra la Terra e il Sole. Le stelle più vicine di così appaiono come un unico punto di luce e richiedono tecniche spettroscopiche specifiche per capire se si tratta davvero di sistemi binari. Sfruttando i nuovi dati rilasciati il 3 dicembre 2020 da Gaia su 1.8 miliardi di stelle, El-Badry ha estratto le informazioni necessarie per creare la mappa tridimensionale di binarie. Dal catalogo sono emerse 1,3 milioni di coppie che avevano almeno il 90% di possibilità di essere legate, di cui 1,1 il 99%. In questo video è stato realizzato un tour virtuale alla ricerca dei sistemi binari rilevati da GAIA.
Coppie di gemelle identiche
L’analisi di El-Badry è stata utile anche per confermare una scoperta già effettuata sui dati di Gaia del 2018: molte coppie di binarie sono simili in massa. “Questo è davvero strano” osserva il ricercatore. “La maggior parte dei binari sono separati da centinaia o migliaia di unità astronomiche. Quindi sono così distanti che le loro masse dovrebbero essere casuali, secondo le teorie sulla formazione stellare. Ma i dati raccontano una storia diversa”.
Questo implica che le stelle si siano formate molto vicine tra loro, in un processo che tendeva a rendere le loro masse uguali, per poi allontanarsi. Forse a causa delle interazioni con altre stelle vicine, forse per meccanismi a noi ancora sconosciuti. Di certo l’atlante 3D ora a disposizione della comunità scientifica sarà un importante punto di partenza per lo studio sempre più approfondito di quei punti luminosi che riempiono il firmamento di luce.
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