18/02/19

La vita privata delle stelle (1): Sirio (Alpha Canis Majoris)

Questo articolo è stato inserito nella sezione d'archivio "La vita privata delle stelle" in  "Dall'atomo alle galassie"

 

Iniziamo la carrellata sulla vita pubblica e privata delle stelle più conosciute del cielo. Ovviamente, cercheremo di descrivere il loro tipo di vita, le loro amicizie, il loro carattere e  di farci raccontare il passato e di prevedere il futuro. Uno spunto per ricordare, con esempi pratici, tanti processi descritti in modo generale. La prima è anche la più luminosa del cielo: Sirio.

E' anche molto facile da individuare per chiunque, anche per i più inesperti, dal momento che è vicina ad una delle più note e belle costellazioni che popolano la volta celeste (Orione):

sirio-orione2

Prima di iniziare a parlarne seriamente, stuzzichiamo un po' la curiosità col fatto che il termine canicola (periodo dell'estate in cui le temperature sono più alte) deriva proprio da questa stella il cui nome latino era Canicula, ovvero Piccolo Cane. Il caso vuole che tra il 24 luglio e il 26 agosto Sirio e il Sole sorgano e tramontino insieme: nell'immaginario degli antichi osservatori del Cielo, questa congiunzione non poteva non essere collegata al caldo di quei giorni... e canicola fu.

 

Configurazione geometrica

Cominciamo a descrivere la configurazione del sistema doppio (Sirio A e B) come è adesso. Ne approfittiamo per descrivere in modo molto semplificato i passaggi che devono essere eseguiti normalmente per determinare un'orbita stellare.

Innanzitutto sarebbe bene conoscere la distanza a cui si trovano gli oggetti in questione. Questo dato, tra l'altro, ci direbbe veramente quali sono le distanze tra le stelle non solo in secondi d'arco, ma anche in Unità Astronomiche o -se preferiamo- in chilometri.

Ci viene in aiuto fondamentale la parallasse (movimento apparente della stella dovuto al movimento di rivoluzione della Terra intorno al Sole) che è ben misurabile essendo la stella relativamente vicina (GAIA ci darà valori ancora più precisi). Una volta tanto, nel caso di Sirio,  ci possiamo permettere di dire  cosa stanno facendo le stelle “adesso” e non “al tempo in cui la luce è partita dalla stella”. O, almeno, possiamo trascurare il tempo impiegato dalla luce per arrivare fino a noi, dato che la distanza attuale è di 8.6 Anni Luce. Un niente nella vita di una stella, per massiccia che sia. Beh… è già un bel vantaggio.

Il problema è che, a volte (come successo per molto tempo per Sirio), si vede solo una delle due stelle. La stella, però, si muove lungo la traiettoria del suo moto proprio. Ciò vuol dire che ciò che si vede nel cielo (oltre al moto di parallasse che dobbiamo già avere eliminato) è qualcosa come quello che si vede in Fig. 1 e che è relativa alle osservazioni di Sirio tra il 1793 e il 1889.

Figura 1
Figura 1

Il baricentro, o se preferiamo la stella visibile, se fosse singola, dovrebbe descrivere un moto praticamente rettilineo. E, invece, essa descrive una specie di sinusoide… ossia il suo moto oscilla attorno all’ipotetica linea del baricentro. La stella è sicuramente doppia, anche se ne vede una sola. Si può già dire, però, che la stella ancora invisibile non può avere una massa troppo piccola, dato che il moto di quella visibile oscilla in modo non certo trascurabile. Sono osservazioni già più che sufficienti a stimare il periodo di rivoluzione attorno al baricentro che risulta di circa 50 anni.

Una curiosità storica, a proposito di questo metodo: negli anni ’60 Peter van de Kamp (uno dei padri dell'astronomia moderna che ho avuto il piacere di conoscere personalmente), studiando il moto proprio di molte stelle ed osservando che la traiettoria si spostava periodicamente sopra e sotto quella che avrebbe dovuto essere la direzione rettilinea del baricentro, aveva ipotizzato l’esistenza di molti “pianetoni”. Purtroppo la tecnologia del tempo non era ancora pronta a dargli la soddisfazione che meritava... la sua storia l'abbiamo raccontata QUI.

Friederich Bessel, nel 1844, si accorse di questo moto utilizzando tutte le osservazioni precedenti e circa vent’anni dopo si osservò finalmente la piccola compagna. La Fig. 2 mostra a sinistra il moto delle due componenti e a destra le orbite relative rispetto al baricentro considerato fisso.

Figura 2
Figura 2

In realtà, si usa normalmente la stella primaria come punto fisso e viene descritto il moto della secondaria attorno a lei (si può passare facilmente da una rappresentazione all'altra). La Fig. 3 mostra l’orbita ricavata utilizzando anche le osservazioni più recenti di Hubble.

Figura 3
Figura 3

Penso che a tutti salti all’occhio qualcosa di molto strano: l’ellisse è sicuramente un'ellisse, ma Sirio A non sta assolutamente nel fuoco (come previsto dalla prima legge di Keplero). Eppure la figura è stata costruita inserendo perfettamente, giorno dopo giorno, la posizione relativa di Sirio B rispetto a Sirio A, posta immobile. Il caso di Sirio è addirittura un caso poco evidente. Guardate, ad esempio, cosa succede (Fig. 4) per Alpha Centauri A e B. La posizione del tutto assurda di A rispetto all’orbita apparente (molto stretta)

Figura 4
Figura 4

Eh sì, cari amici, una cosa è l’orbita (apparente) che vediamo nel cielo e una cosa è l’orbita relativa reale. La chiamiamo "relativa" perché ha nel fuoco la stella principale.  Sappiamo che ogni ellisse proietta un’ellisse, ma il fuoco non si proietta su se stesso.

Il discorso è, apparentemente, piuttosto semplice: ciò che noi osserviamo è la proiezione dell’ellisse reale su un pianto tangente alla sfera celeste centrato nella stella principale. Ma la vera orbita sta su un piano comunque inclinato rispetto al piano tangente (Fig. 5)

Figura 5. Fonte: Bruce MacEvoy
Figura 5. Fonte: Bruce MacEvoy

Ci sono vari metodi per passare dall’orbita apparente a quella relativa reale, ma sono piuttosto lunghi, noiosi e non banali. Eviterei di entrare nei particolari. Più semplice è invece il passaggio dall'orbita relativa alle due orbite attorno al baricentro del sistema. Lo vediamo rappresentato per un'orbita generica in Fig. 6.

Figura 6. Fonte: Bruce MacEvoy
Figura 6. Fonte: Bruce MacEvoy

Ciò che è importante sapere è che ricostruire l’orbita di due stelle (sia se riferiamo tutto al baricentro, sia se riferiamo il movimento di una stella attorno all’altra) è un lavoretto abbastanza complicato…

La Fig. 7 mostra l’orbita apparente di Sirio B attorno a Sirio A (rossa) e quella relativa reale (blu).

Figura 7
Figura 7

Bene, possiamo concludere la parte puramente geometrica, stabilendo che l’orbita è piuttosto eccentrica e che Sirio B si allontana fino a 32 Unità Astronomiche e si avvicina fino a 8. Più o meno dalla distanza di Plutone a quella di Saturno. Teniamo presenti questi confronti, perché ci saranno molto utili tra poco.

Evoluzione fisica del sistema binario

Passiamo ora allo studio fisico di Sirio A. Essa ha una massa circa due volte quella del Sole, il che indica chiaramente che la sua vita è più corta (della relazione tra vita e massa delle stelle abbiamo parlato QUI). Si stima che essa abbia una durata di circa un miliardo di anni, prima di diventare un enorme pallone rosso. Attraverso stime e calcoli complessi si è stabilito che essa sia nata circa 230-240 milioni di anni fa. Ne consegue che in relazione alla propria "attesa di vita" essa risulta più giovane del nostro Sole (infatti ha vissuto circa un quarto della sua vita attesa, mentre il Sole è già a metà strada, tuttavia il Sole vivrà più a lungo in quanto ha una vita attesa di dieci miliardi di anni). La sua luminosità è circa 25 volte quella del Sole e la temperatura superficiale si aggira intorno ai 9500 K. Il suo colore è decisamente più bianco di quello del Sole (classe A).

Una vita tranquilla e senza scossoni che la porterà verso il rilascio di una nebulosa planetaria e alla contrazione in una nana bianca di massa piuttosto piccola. Nana bianca, nana bianca… ma, intorno a lei, si muove a debita distanza proprio una nana bianca, oggi considerata una cosuccia e importante solo per il mito che è sorto attraverso la supposta conoscenza di questa invisibile (a occhio nudo) stellina da parte del popolo dei Dogon nel Mali.

Tutto nasce da degli studi compiuti da antropologi che hanno vissuto con i Dogon dal 1931 al 1956, secondo i quali questo popolo avrebbe dimostrato di avere conoscenze astronomiche molto avanzate, al punto che qualcuno si è addirittura spinto ad ipotizzare un antico contatto con alieni provenienti da Sirio. Ogni commento è superfluo, basti pensare che una stella che ha poco più di 200 milioni di anni non può neanche avere avuto il tempo di iniziare lo sviluppo della vita biologica... molto verosimile, invece, che i Dogon abbiano ricevuto certe informazioni da un gruppo di astronomi che, nel 1893, si recò in Mali per osservare un'eclissi totale di Sole.

Figura 8
Figura 8 - Un graffito Dogon raffigurante, secondo alcuni studiosi, l'orbita di Sirio B attorno a Sirio A

Torniamo alle cose serie, anche se Sirio B nasconde ancora qualche segreto… Ribadiamo che essa è una nana bianca e come tale deve essere stata prima una stella di sequenza principale. Essendo nata insieme a Sirio A circa 230-240 milioni di anni fa, vuol dire che ha fatto decisamente in fretta a trasformarsi in gigante rossa e a rilasciare gran parte della sua massa attraverso una nebulosa planetaria. In poche parole, Sirio B è nata ben più grande di Sirio A.

Facciamo un po’ di calcoli: oggi Sirio B è una nana bianca decisamente massiccia, raggiungendo la massa del Sole (e le dimensioni della nostra Terra, Fig. 9).

Figura 9
Figura 9 - Confronto tra le dimensioni della Terra e quelle di Sirio B

Un valore decisamente alto per una nana bianca. In particolare essa ha una luminosità che è solo lo 0.024 di quella del Sole, ma un massa uguale compressa nelle dimensioni della Terra. E' molto calda (25 000 K),  ma il raggio è talmente piccolo che non si può pretendere di più. La sua densità è di circa due milioni e mezzo quella dell'acqua e la sua gravità superficiale circa 430 000 volte quella della Terra.

Sappiamo che le nane bianche non hanno più una sorgente di energia interna (la fusione è terminata) e, quindi, si spengono lentamente secondo certi modelli abbastanza ben confermati. Basta, allora, misurare la sua temperatura, vedere quanto si è raffreddata e valutare abbastanza bene il tempo della sua trasformazione in nana bianca. Utilizzando modelli e stime si è arrivati alla conclusione che essa si è trasformata circa 120 milioni di anni fa e che la sua massa iniziale era di poco superiore alle 5 masse solari.

Un sistema ben diverso da quello odierno: due stelle piuttosto massicce (2 e 5 masse solari) che splendevano nel cielo dei dinosauri. Com’era l’orbita di allora? E, soprattutto, hanno mai interagito tra di loro? Un argomento molto interessante, perché se esse erano molto più vicine tra loro, Sirio A avrebbe potuto ingrandirsi (e ringiovanire leggermente, come le vagabonde blu) succhiando materia che arrivava dalla compagna che aveva ormai raggiunto il suo lobo di Roche.

A questo punto cadiamo, però, nelle ipotesi, per valide che siano. Vi è stato veramente un trasferimento di massa e, se sì, per quanto tempo è durato?  Ci potremmo fermare a un bel punto interrogativo, se non tornassero in ballo non solo i Dogon, ma, soprattutto, molte osservazioni di Sirio nell’antichità, primo fra tutti lo stesso Tolomeo. Egli descrive Sirio come una stella rossa e molti altri confermano quel colore.

Non poteva non esser azzardata un’ipotesi molto affascinante: quella che si vedeva nell’antichità non era Sirio A, ma la gigante rossa Sirio B! In poche parole, durante la storia umana si sarebbe visto in diretta una trasferimento di massa e una trasformazione stellare. Troppo bello per essere vero... I tempi scala sono troppo corti e troppo vicini a noi (tenendo anche conto della temperatura dell'attuale nana bianca). Si sono fatti studi che cercavano di accettare questa anomala e rapida successione di eventi, ma oggi la comunità astrofisica rifiuta del tutto questa ipotesi. Se non altro per il fatto che oggi si dovrebbe ancora vedere il residuo della nebulosa planetaria. L'ipotesi attualmente più accreditata è che qualche nube rarefatta sia passata davanti a Sirio ai tempi di Tolomeo, arrossandone l'immagine.

Penso proprio che abbiano ragione e che non possiamo illuderci di assistere in tempi umani a un qualcosa che ha bisogno di ben altri tempi per compiersi: personificare le stelle va bene, ma senza esagerare!

Più interessante, invece, è tornare all’epoca dei dinosauri e capire se è successo qualcosa di strano a quei tempi. In realtà, stiamo parlando di un possibile trasferimento di massa a, soprattutto, di un'espulsione di un’enorme massa stellare attraverso una nebulosa planetaria. Beh… circa 115 milioni di anni fa vi è stata una estinzione minore, chiamata Aptiana. Essa ha colpito principalmente gli animali marini e viene normalmente riferita a fenomeni vulcanici. Boh… chissà… Comunque, vedere una nebulosa planetaria formarsi e disperdersi nel cielo a una distanza veramente piccola dalla Terra deve essere stato un fenomeno fantastico!

Nella Fig. 10 vediamo le fasi salienti del passato, presente e futuro (più semplice) di Sirio A e B

Sirio-evoluzione
Figura 10

Discutiamo un po' più attentamente del futuro  del sistema di Sirio. Tra non molto (si fa per dire) anche Sirio A diventerà una gigante rossa. Non sarà grande come lo è stata la sorella e si pensa che non potrà mai riempire il suo lobo di Roche e trasferire massa alla nana bianca. Tuttavia, potrebbe anche darsi che, tra vento stellare e altri fenomeni di rilascio di materia, Sirio B potrebbe guadagnare la massa che le manca per arrivare alle fatidiche 1.44 masse solari e esplodere come supernova di tipo Ia. Un bel botto e molto vicino (ma tra parecchie centinaia di milioni di anni).

Ipotesi molto azzardata, ma non sarebbe impossibile, magari, imboccare parzialmente la sorella e farla diventare una nova… Tuttavia, è più logico pensare a una futura coppia di nane bianche, senza dimenticare che la nebulosa planetaria di Sirio A la renderà ancora ben visibile…

Non lo sapremo mai, purtroppo… accontentiamoci di ciò che stiamo vivendo, sognando la intricata vita passata di Sirio A e B e fantasticando sul suo futuro. Comunque sia, Sirio B va considerata la vera signora del sistema doppio. Pensiamoci... quando guardiamo quella luminosa stella bianca che sta dominando il cielo notturno.

Concludiamo con un bello zoom eseguito da Hubble

P.S.: Ringrazio di cuore Daniela per l'aiuto soprattutto storico

17 commenti

  1. Frank

    Bravo Enzo, vedi che hai cominciato "bipartisan", sapevo anche questo..... Tempo permettendo questa notte guarderò le due stelle, anche se ne vedrò una sola, con il binocolo anzi no con il telescopio o meglio con il gigantoscopio e utilizzero un sofisticato sistema di puntamento super tecnologico.

    Riguardo lo scambio di massa penso ci sia evidentemente stato e senza disturbare il lobo di roche di cui dovrei rileggere l'articolo per inquadrarlo in queste misure. Non dovrebbe essere difficile stimare quanto. Come hai sottolineato nell'articolo la distanze tra le due è compresa tra l'orbita di Saturno e quella di Plutone e se il nostro Sole quando passera a gigante rossa arriverà a sfiorare Giove, Sirio B che era molto più massiccia con il suo perimetro esterno di gigante rossa si è avvicinata parecchio a Sirio A quindi anche solo per la materia espulsa nella direzione di Sirio A e considerando un cono di attrazione gravitazionale in cui la materia espulsa non può che finire ad accrescere  Sirio A resta solo da stabilire quanta sia e se sia significativa come massa di accrescimento. Visto che quanto ho scritto è piuttosto semplice e spero non semplicistico, sicuramente il tutto è già stato considerato ma è almeno corretto???

  2. caro Frank,

    oh, finalmente sei contento!

    Nell'articolo si dà per sicuro (anche se la certezza non c'è mai) che Sirio B abbia trasferito parte della sua massa su Sirio A e nel modo più efficiente, ossia attraverso il punto L1. Per quanto riguarda il futuro io stesso dico: "Tuttavia, potrebbe anche darsi che, tra vento stellare e altri fenomeni di rilascio di materia, Sirio B potrebbe guadagnare la massa...". Un po' di massa la raggiunge per il vento stellare e per la dispersione . Tuttavia, è un po' come se volessi versare un bicchiere di acqua in una bottiglia: se rovescio brutalmente il bicchiere, un po' d'acqua andrà nella bottiglia, ma molta di più sul tavolo. Molto meglio usare un ... imbuto! E L1 lavora proprio come un imbuto...

  3. Frank

    Ma io ero contento anche prima caro il mio Enzone. Si si era chiaro quel che dicevi la mia era solo quel di un calcolo minimale di cui ero curioso di capire se è stato affrontato per sapere la massa minima che sicuramente è stata trasferita nel caso in cui L1 non abbia "imbutato".

    Altra cosa che mi incuriosisce è la variazione del baricentro con il cambiamento di massa delle due. Ci sono delle tempistiche da rispettare per mantenere il sistema oppure sarebbe stabile in ogni caso?

    Quella della della "canicola" è una perla. Non finirò mai di stupirmi di quel che riuscivano a vedere gli antichi e anche il passaggio a detto popolare è strabiliante, dovrebbe essere stata una conoscenza di pochi eppure......

    Ma il calcolo geometrico dell'orbita minacciato dove è finito???? Ero in ansiosa attesa, tanto sai bene per cosa lo userei e non è per niente necessario capirlo, funziona benissimo ugualmente.

  4. caro Frankino,

    ma tu sai che io scherzo sempre... (tranne quando m'arrabbio, ma non certo con te). Normalmente il trasferimento di massa è abbastanza lento e la configurazione stabile si raggiunge senza grossi problemi (ma si va da caso a caso). Per la canicola il merito è di Dany che mi ha "invitato" a inserirlo (con le sue maniere che ben conosciamo  :lol: ),

    Se vuoi posso anche inserirlo (il passaggio da apparente a relativa), ma potrebbero picchiarmi perché è piuttosto noioso (e poi non serve per il golf...)...

    Vediamo...

  5. Fiorentino Bevilacqua

    Bellissimo articolo. Il "gossip" sulla vita privata delle stelle, fatto qui, su questo blog, è molto più interessante di  quanto si può leggere altrove.

  6. e non ci fermeremo nemmeno se ci saranno situazioni un po' "piccanti"... :twisted:

  7. PapalScherzone

    Ancora situazioni piccanti 8-O ?!? Pensavo che tu le avessi già scritte tutte qui... http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2017/08/27/star-sex-lastrofisica-puritana-vietato-ai-maggiori-99-anni/

    Diavolo d'un Enzone! Ora capisco perché hai trascorso tante notti con l'occhio al telescopio nei primi anni all'Osservatorio di Torino!

    :-P :mrgreen:

  8. altro che Tinto Brass!!! Cose da non credere!!!!

  9. PapalScherzone

    E allora raccontacele tutte, maremma papallina!!!

    :wink:

  10. Guido

    Buongiorno. Articolo molto interessante e ricco di gustosi dettagli. Ho apprezzato in particolar modo la "trasversalità" e i riferimenti storici.

    Ma la testimonianza di Tolomeo come dobbiamo interpretarla quindi?

  11. Hai ragione Guido, non ho terminato il discorso... si pensa che qualche nube rarefatta sia passata davanti a Sirio, arrossando l'immagine... (almeno questa è la versione più... scientifica).

  12. Giorgio

    Ottima idea quella di "rivisitare" le vecchie e più famose Stelle (un p0' come quelle del cinema ricche di una classe oggi sconosciuta) e scoprire che, grazie a te, ci sono ancora tante cose da imparare, curiosità, aneddoti e qualche bel disegnino che rende il tutto molto più comprensibile.

    Si avverte chiaramente il "colpo d'ala" del maestro, che lascia cadere qua e la le SUE chicche sull'argomento tanto che, avevo cominciato a leggerlo con una certa sufficienza pensando si trattasse della solita wikipedata...e mi sono ritrovato alla fine...per rileggermelo ancora!

    Aspetto con ansia le prossime puntate per vedere come saprai stupirci ancora.

    Grazie Enzo

    P.S. e grazie a Daniela il cui "profumo" traspare dalla lettura

  13. grazie Giorgio... spero di accontentarti... e di rimanere sempre un po' lontano dalla fredda esposizione stile Wiki. Ogni stella, in fondo, può dare spunti per affrontare un piccolo problemino oltre che raccontare se stessa... :-P

  14. Daniela

    E bravo Giorgio! Hai un ottimo naso se riesci a fiutare meno di una goccia nell'oceano!

    P.S. Non ci siamo dimenticati di questo http://astro.unl.edu/animationsLinks.html ...avremmo voluto trovare il modo di caricare alcune animazioni nel blog ed inserirle negli articoli attinenti, ma non sembra che sia così semplice e dovremo "rassegnarci" ad inserirle come link esterni. Uno di questi giorni prendo per un orecchio quel perdigiorno di Scherzy e lo obbligo a lavorarci. Promesso! :wink:

     

  15. Giorgio

    Basta una goccia, purché sia CHANEL N°5 !

  16. Mario Fiori

    Altro che Wikipedia , grande Enzo. Otimo lavoro e aspettiamo il ...piccante. L'Enzipedia :mrgreen: è veramente forte.

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:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

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