23/05/15

Una lite di coppia di brevissima durata **

Le Wolf-Rayet sono stelle apparentemente strane e molto varie nelle loro manifestazioni. D’altra parte, rappresentano una fase molto corta anche per una gigante. In particolare, il processo legato a un oggetto singolo sta perdendo sempre più di credibilità e si propende, ancora una volta, per una sistema doppio. Una stella unica nel suo genere ne dà una conferma e ci mostra un qualcosa di durata quasi comparabile a quella della storia umana.

Abbiamo parlato di stelle Wolf-Rayet varie volte (QUI, QUI, QUI, QUI,e QUI), ma vale la pena richiamare brevemente le loro caratteristiche essenziali. Fino a non molto tempo fa si pensava a stelle giganti morenti che a causa di un vento stellare impetuoso perdessero gran parte della loro massa prima di arrivare al momento dell’esplosione in supernova. Vi sono state, però, molte variazioni sul tema, anche perché queste stelle rappresentano un intervallo di durata minima per i tempi cosmici e il gas denso che le circonda ne vieta studi molto accurati nel visibile. Stelle famose come Eta Carinae potrebbero essere inserite in questo gruppo molto aleatorio e variegato. Ancora una volta, però, il processo di tipo "solitario" potrebbe trasformarsi più facilmente in un processo che vede coinvolte due stelle abbracciate strettamente. Oggi (e la stella di questo articolo ne dà conferma) si pensa sempre più a un processo  di trasferimento di massa tra due compagne.

Non dovrebbe, perciò, fare molto scalpore lo scoprire una Wolf-Rayet dalle caratteristiche  del tutto inaspettate. Tuttavia, Nasty 1, ha dato parecchio filo da torcere e si può capire la soddisfazione dei ricercatori nell’avere finalmente trovato un valido modello per spiegarla. Essa, a 3000 anni luce da noi, è un caso del tutto unico (finora) nella nostra galassia..

Innanzitutto il nome esatto dovrebbe essere NaSt1, ma è stata velocemente trasformato in Nasty 1 (cattiva, antipatica, brutta) proprio per le problematiche che apriva e che rimanevano inspiegabili.

Nasty è stata scoperta parecchi decenni fa  e fu subito identificata come Wolf-Rayet (WR), una stella che lascia presto allo scoperto lo strato di elio, disperdendo rapidamente gli strati sovrastanti di idrogeno (una specie di spogliarello cosmico…). Tuttavia, era una WR davvero strana e le osservazioni di Hubble hanno aggiunto mistero a mistero: invece di due lobi che espellono il materiale come capita su Eta Carinae (un’ottima candidata per diventare o essere una WR), Nasty è circondata da un disco di gas  tipo “pancake” che si estende per più di tremila miliardi di chilometri.

Sicuramente ci deve essere lo zampino di una compagna, ma il risultato non è sicuramente banale. Importante è soprattutto l’età del disco che non dovrebbe essere più vecchio di poche migliaia di anni. Non è difficile intuire che la rarità dell’oggetto celeste sia proprio dovuto a un colpo di fortuna, ossia all'aver assistito a qualcosa che ha la durata di un battito di ciglia nella storia di una stella. Lo scenario alternativo dovuto solo a  un vento stellare particolarmente violento, come detto all’inizio dell’articolo, sta sempre più perdendo di credito. Un risultato avvalorato dal fatto che le stelle di grande massa sono sistemi doppi per almeno il 70% dei casi. Vi sono troppe WR scoperte nella nostra galassia per non essere veramente sistemi binari.

Una breve considerazione molto personale… Parecchi decenni fa le stelle si pensavano soprattutto singole (forse perché tale era la nostra). Poi si è capito che invece amavano stare in coppia. Questa scelta è diventata sempre più essenziale per gran parte dei fenomeni cosmici che oggi conosciamo: novae, supernovae di tipo Ia e non solo, vagabonde blu, WR, e via dicendo. Penso che se le stelle vivessero da sole l’Universo sarebbe molto più monotono e prevedibile… Di sicuro, non sarebbe lo stesso! Insomma, vivere insieme d’amore e d’accordo, con l’aggiunta di piccole liti familiari, è veramente un punto fondamentale per la vita di tutte le strutture cosmiche, dalle più piccole alle più grandi. Va beh… torniamo a noi.

Come già si accennava, non è certo strano che una stella WR si formi in un sistema doppio, dato che potrebbe essere proprio la compagna a strapparle il vestito e ingoiarlo rapidamente. Già questa fase di semi-cannibalismo ha una durata irrisoria, dell’ordine di un centinaio di migliaia di anni. Ma il vedere il disco attorno alla WR ci porta a scale temporali nettamente più basse che facilmente non superano i diecimila anni.

L’immagine di Nasty 1 presa da Hubble nel visibile. Si nota il luminoso disco di gas e polvere che circonda la WR. Nel disco si notano zone più dense probabilmente causate da espulsione di gas sporadiche e non continue. Un “grumo” particolarmente denso è segnato con una freccia. La presenza di un disco così esteso è un caso unico nella nostra galassia e dipende probabilmente dalla durata estremamente corta di questa fase evolutiva. Fonte: NASA, ESA, and J. Mauerhan (University of California, Berkeley)
L’immagine di Nasty 1 ripresa da Hubble nel visibile. Si nota il luminoso disco di gas e polvere che circonda la WR. Nel disco si notano zone più dense probabilmente causate da espulsione di gas sporadiche e non continue. Un “grumo” particolarmente denso è segnato con una freccia. La presenza di un disco così esteso è un caso unico nella nostra galassia e dipende probabilmente dalla durata estremamente corta di questa fase evolutiva. Fonte: NASA, ESA, e J. Mauerhan (University of California, Berkeley)

Ripercorriamo l’evoluzione proposta per Nasty 1. Una stella almeno dieci volte più massiccia del Sole evolve velocemente e comincia a espellere gli strati di idrogeno, più leggeri e più facilmente estraibili da una compagne molto vorace che si ingrassa rapidamente, lasciando la gigante con il suo nucleo di elio in bella vista.

Normalmente il trasferimento di materiale è abbastanza rapido, ma alcune volte potrebbe essere rallentato e formare un disco di materiale attorno al sistema binario. Una specie di sala d’attesa, dato che la divoratrice di materia non riesce a ingoiare tutto il materiale che sta strappando alla compagna. Ad esempio, ciò potrebbe capitare se la WR resistesse con maggiore forza allo ”scippo”. La sua materia rimarrebbe a “bagnomaria” e si espanderebbe attorno a tutto il sistema, regalando solo una piccola parte alla compagna. Insomma, fasi estremamente dipendenti dai tempi scala e dalle interazioni tra la coppia. L’ideale sarebbe poter osservare il sistema con grande accuratezza, ma ciò è ancora vietato proprio dal disco di materiale opaco che inviluppa la coppia. Per adesso non è stato ancora possibile misurare le masse in gioco, la distanza tra le due stelle e la quantità di materiale che si sta trasferendo da una all’altra. Sicuramente, bisogna anche tener conto del vento stellare di entrambe le stelle e dello scontro tra le masse di gas del disco. Insomma, un bel caos che evolve rapidamente.

Una visione artistica del sistema doppio di Nasty 1 mentre avviene lo scambio di massa. La coppia è circondata da un disco enorme di materiale che resta in attesa di disperdersi piuttosto rapidamente. La compagna non riesce a divorare tutto ciò che le viene regalato. Fonte: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)
Una visione artistica del sistema doppio di Nasty 1 mentre avviene lo scambio di massa. La coppia è circondata da un disco enorme di materiale che resta in attesa di disperdersi piuttosto rapidamente. La compagna non riesce a divorare tutto ciò che le viene regalato. Fonte: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

Tuttavia, qualche informazione sul disco si sono ottenute negli anni passati. Ad esempio, la velocità del gas è nettamente più bassa di quella che si osserva su Eta Carinae (decine di migliaia di chilometri all’ora contro centinaia di migliaia). Questo potrebbe essere un segno di una fase evolutiva meno violenta che potrebbe portare proprio alla dispersione provvisoria del materiale su un disco di grandi dimensioni. In ogni modo, non credo si tratti di peculiarità reale della stella, ma proprio di una fase evolutiva, probabilmente normale, ma di durata estremamente breve e quindi difficile da osservare.

Il disco, comunque, si dissiperà velocemente e forse quel giorno (non molto lontano perfino per l’essere umano) si vedrà molto meglio cosa sta succedendo alla coppia coinvolta in questa strana danza, Potrebbe non essere impossibile un abbraccio sempre più stretto e una fusione delle due stelle.

Insomma, Nasty sarà brutta e cattiva, ma anche tanto interessante!

Articolo originale QUI

2 commenti

  1. Mario Fiori

    Eh, la vita di coppia come è diffusa nell'Universo ! Enzo si tratta comunque sempre di stelle WR o si prospetta un'altra categoria? Le compagne generalmente che tipi sono o sarebbero?

  2. caro Mario,
    siamo sempre nella fase WR. Io la chiamerei così, dato che non è un tipo particolare di stella, ma una fase particolare di stelle vicine alla fine, comune a tutte le giganti di un certo tipo. La compagna può essere normalmente una stella evoluta o degenere, in grado di ingurgitare la materia della WR, mettendo a nudo i suoi strati elio. Speriamo, prima o poi, di riuscire a calcolare le masse in gioco...

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