Comunicato Stampa

Le stelle più brillanti non stanno da sole

Il VLT scopre che la maggiore parte delle stelle massicce si trova in un sistema binario interagente

26 Luglio 2012

Un nuovo studio che utilizza il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO ha mostrato che la maggior parte delle stelle più brillanti e massicce, quelle da cui dipende l'evoluzione delle galassie, non vivono da sole. Quasi tre quarti di queste stelle, molto di più di quanto finora si pensasse, hanno una stella compagna vicina. Soprendentemente, la maggior parte di queste binarie subisce un'interazione distruttiva, come il trasferimento di massa da una stella all'altra, e addirittura un terzo di queste probabilmente diventerà una stella singola. I risultati sono presentati nel numero del 27 luglio 2012 della rivista Science.

L'Universo è molto vario, con tante stelle ben diverse dal Sole. Un'equipe internazionale ha utilizzato il VLT per studiare le stelle di tipo O, cioè stelle con temperature, massa e luminosità tutte molto elevate [1]. Queste stelle vivono una vita breve ma violenta e rappresentano un cardine dell'evoluzione delle galassie. Sono anche legate a fenomeni estremi come le stelle "vampiro", una coppie di stelle in cui la compagna più piccola succhia materia dalla superficie della compagna più grande, o i lampi di luce gamma.

"Queste stelle sono dei veri colossi", dice Hugues Sana (University of Amsterdam, Olanda), l'autore principale dello studio. "Sono almeno 15 volte più massicce del Sole e possono essere anche un milione di volte più brillanti. Queste stelle sono così calde che la loro luce è bianco-azzurra e la temperatura superficiale supera i 30 000 gradi Centigradi."

Gli astronomi hanno studiato un campione di 71 stelle di tipo O singole o in coppie (binarie) in sei ammassi stellari giovani e vicini nella Via Lattea. La maggior parte delle osservazioni dello studio sono state realizzate con telescopi dell'ESO tra cui il VLT.

Analizzando in dettaglio maggiore di quanto mai fatto prima la luce che proviene da queste sorgenti [2], l'equipe ha scoperto che il 75% di tutte le stelle O si trova in sistemi binari: questa percentuale, determinata in modo preciso per la prima volta, è maggiore di quanto si pensasse. Più importante ancora è che la frazione di queste binarie abbastanza vicine per interagire (per mezzo di fusioni stellari o trasferimento di massa da parte delle cosiddette stelle "vampiro") è molto maggiore di quanto si fosse pensato finora. Questo ha profonde implicazioni sulla nostra comprensione dell'evoluzione delle Galassie.

Le stelle di tipo O sono meno dell'1 per cento delle stelle nell'Universo, ma a causa dei fenomeni violenti ad esse associati hanno un effetto sproporzionato sul loro ambiente. I venti e le onde d'urto provenienti da queste stelle possono sia favorire che bloccare la formazione stellare, la loro radiazione illumina le nebulose brillanti, le loro supernovae arricchiscono le galassie con gli elementi pesanti cruciali per la vita e sono associate ai lampi di raggi gamma, tra i fenomeni più energetici dell'Universo. Le stelle di tipo O sono quindi coinvolte in molti dei meccanismi che guidano l'evoluzione delle galassie.

"La vita di una stella dipende moltissimo dall'essere vicina o meno a un'altra stella" dice Selma de Mink (Space Telescope Science Institute, USA), co-autrice dello studio. "Se due stelle sono su un'orbita molto stretta possono a un certo punto fondersi. Ma anche se non lo fanno, spesso una stella strapperà materia dalla superficie della vicina".

Le fusioni tra le stelle, che l'equipe stima siano il destino finale di circa il 20-30% delle stelle di tipo O, sono eventi violenti. Ma anche lo scenario relativamente tranquillo delle stelle "vampiro", che riesce a spiegare un altro 40-50% dei casi, ha un effetto notevole sull'evoluzione di queste stelle.

Fino ad ora gli astronomi avevano ritenuto che le stelle massice in sistemi binari in orbita stretta fossero un'eccezione, una stranezza utilizzata per spiegare fenomeni rari come le binarie a raggi X, le pulsar doppie e i buchi neri binari. Il nuovo studio mostra che per interpretare correttamente l'Universo non si può operare questa semplificazione: le stelle doppie massicce non solo sono comuni ma hanno anche una vita ben diversa da quelle delle stelle singole.

Ad esempio, nel caso delle stelle "vampiro", la stella più piccola, di massa inferiore, ringiovanisce nel succhiare l'idrogeno fresco dalla compagna. La massa aumenta così in modo notevole e di conseguenza la stella vive più a lungo della compagna e comunque molto di più di quanto farebbe una stella singola di pari massa. La stella "vittima" nel frattempo viene spogliata dei suoi strati esterni prima di poter divenire una super gigante rossa luminosa e il suo nucleo caldo e azzurrognolo viene messo a nudo. Come risultato, la popolazione stellare di una galassia distante può apparire molto più giovane di quanto sia realmente: sia le stelle "vampiro" ringiovanite che le vittime spogliate diventano più calde, di colore più blu, imitando così l'aspetto di stelle più giovani. Sapere quale sia la vera frazione di stelle supermassicce interagenti è perciò fondamentale per poter caratterizzare correttamente queste galassie lontane [3].

"Le uniche informazioni sulle galassie lontane a disposzione degli astronomi provengono dalla luce che raggiunge i nostri telescopi. Senza fare ipotesi su quale sia la fonte di questa luce non possiamo trarre conclusioni sulla galassia, su quanto sia massiccia o quanto giovane. Questo studio mostra che l'assunzione fatta frequentemente, che la maggior parte delle stelle sia isolata, può portare alle conclusioni sbagliate," dice Hugues Sana.

Per capire quanto siano importanti questi effetti e quanto questa nuova prospettiva cambi la nostra visione dell'evoluzione delle galassie sono necessarie ulteriori indagini. Modellare le stelle binarie è complesso e perciò ci vorrà ancora del tempo prima che queste considerazioni siano inserite nei modelli di formazione delle galassie.

Note

[1] La maggior parte delle stelle sono classificate in base al loro tipo spettrale, o colore. Questo a sua volta è legato alla massa della stella e alla temperatura superficiale. Dalle stelle più blu (più calde e di massa maggiore) alle stelle più rosse (più fredde e di massa minore) la sequenza di classificazione più comune è O, B, A, F, G, K e M. Le stelle di tipo O hanno una temperatura superficiale di almeno 30 000 gradi C e appaiono di un blu chiaro brillante. Hanno una massa di almeno 15 volte quella del Sole.

[2] Le stelle che compongono un sistema binario di solito sono troppo vicine tra loro per poter essere viste direttamente come punti di luce separati. Tuttavia l'equipe è riuscita a rivelare la natura binaria utilizzando lo strumento UVES (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph) sul VLT. Gli spettroscopi diffondono la luce di una stella così come un prisma scompone la luce stellare in un arcobaleno. Impresse nella luce stellare appaiono delle strutture simili a sottili codici a barre, causate dagli elementi nell'atmosfera stellare che assorbono specifici colori nella luce. Quando gli astronomi osservano stelle singole, queste righe di assorbimento sono fisse, mentre nelle binarie le righe delle due stelle vengono leggermente spostate le une rispetto alle altre dal moto delle stelle. La quantitià di cui le righe risultano spostate e il modo in cui si muovono nel tempo permettono agli astronomi di determinare il moto delle stelle e quindi le caratteristiche orbitali, per esempio se le stelle sono abbastanza vicine per scambiarsi massa o anche per fondersi.

[3] L'esistenza di così tante stelle "vampiro" spiega bene a un fenomeno in precedenza poco chiaro. Circa un terzo delle stelle che esplodono come supernove ha sorprendemente pochissimo idrogeno. E la percentuale di supernove povere d'idrogeno corrisponde esattamente alla percentuale di stelle "vampiro" trovate da questo studio. Le stelle "vampiro" creeranno supernovae con pochissimo idrogeno poichè gli strati esterni ricchi di idrogeno vengono strappati dalla forza di gravità della stella "vampiro" prima che la vittima abbia la possibilità di trasformarsi in supernova.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell'articolo “Binary interaction dominates the evolution of massive stars”, H. Sana et al., che verrà pubblicato sulla rivista Science il 27 luglio 2012.

L'equipe è composta da H. Sana (Amsterdam University, Olanda), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Johns Hopkins University, Baltimore, USA), A. de Koter (Amsterdam University; Utrecht University, Olanda), N. Langer (University of Bonn, Germania), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, UK), M. Gieles (University of Cambridge UK), E. Gosset (Liege University, Belgio), R.G. Izzard (University of Bonn), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, Francia) and F.R.N. Schneider (University of Bonn).

Nel 2012 cade il 50^o anniversario della fondazione dell'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo).  L'ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri, che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1230.