Comunicato Stampa

Una sorprendente struttura a spirale scoperta da ALMA

Nuove osservazioni svelano i segreti di una stella morente

10 Ottobre 2012

Gli astronomi hanno usato ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per scoprire una struttura a spirale del tutto inaspettata nel materiale che circonda la vecchia stella R Sculptoris. Questa è la prima volta che una struttura di questo tipo, con un guscio sferico esterno, viene trovata intorno a una gigante rossa. È anche la prima volta che gli astronomi hanno potuto ottenere misure complete in tre dimensioni di questa spirale. La strana forma è stata creata probabilmente da una compagna non visibile, in orbita intorno alla gigante rossa. Questo è uno dei primi risultati della "Early Science" di ALMA e verrà pubblicato sul numero di questa settimana di Nature.

Utilizzando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), il più potente telescopio millimetrico/sub-millimetrico al mondo, un gruppo di scienziati ha scoperto una sorprendente struttura a spirale nel gas che circonda la gigante rossa R Sculptoris [1][2][3]. Ciò è probabilmente dovuto a una compagna, che prima non era stata mai individuata, in orbita intorno alla stella [4]. Gli astronomi hanno inoltre verificato con sorpresa che molto più materiale del previsto era stato espulso dalla gigante rossa.

"Abbiamo già visto dei gusci di materiale intorno a questo tipo di stelle, ma questa è la prima volta che troviamo una spirale di materia che esce dalla stella, oltre al guscio esterno", dice l'autore principale dell'articolo che descrive i risultati, Matthias Maercker (ESO e Argelander Institute for Astronomy, Università di Bonn, Germania)

Poichè espellono grandi quantità di materia, le giganti rosse come R Sculptoris sono tra i principali produttori di quella polvere e quel gas che rappresentano la maggior parte della materia prima che formerà le future generazioni di stelle, di sistemi planetari e successivamente gli esseri viventi.

Anche nella fase "Early Science", quando queste nuove osservazioni sono state condotte, ALMA era molto più potente degli altri osservatori submillimetrici. Alcune osservazioni precedenti avevano mostrato chiaramente un guscio sferico intorno a R Sculptoris, ma nè la struttura a spirale nè la stella compagna erano state viste.

"Quando abbiamo osservato questa stella con ALMA nemmeno metà delle antenne erano in funzione. È veramente emozionante immaginare cosa l'intera schiera di ALMA potrà fare una volta completata nel 2013", aggiunge Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Svezia), co-autore della ricerca.

Nell'ultima fase della loro vita, le stelle di massa fino a otto volte quella del Sole diventano giganti rosse e perdono grandi quantità di massa in un denso vento stellare. Durante la fase di gigante rossa le stelle mostrano periodicamente pulsazioni termiche, brevi fasi in cui uno strato di elio intorno al nucleo della stella brucia in modo esplosivo. L'impulso termico spinge il materiale fuori dalla stella ad un tasso molto più elevato e ciò risulta in un grande guscio di gas e polvere intorno alla stella. Dopo l'impulso il tasso a cui la stella perde massa torna al valore normale.

Gli impulsi termici si verificano ogni 10000 - 50000 anni e durano solo poche centinaia d'anni. Le nuove osservazioni di R Sculptoris mostrano che l'ultimo impulso termico è avvenuto circa 1800 anni fa ed è durato circa 200 anni. La stella compagna ha modellato la struttura a spirale nel vento di R Sculptoris.

"Sfruttando la capacità di ALMA di vedere fini dettagli possiamo capire molto meglio cosa succede alla stella prima, durante e dopo l'impulso termico, studiando la forma del guscio esterno e della struttura a spirale", dice Maercker. "Ci aspettavamo che ALMA ci fornisse una nuova visione sull'Universo, ma aver già scoperto nuove cose inaspettate, in una delle prime osservazioni, è veramente emozionante."

Per spiegare le strutture osservate intorno a R Sculptoris, l'equipe di astronomi ha eseguito delle simulazioni al computer per seguire l'evoluzione di un sistema binario [5]. Questi modelli descrivono molto bene le osservazioni di ALMA.

"È una vera sfida descrivere con una teoria tutti i dettagli osservativi visti da ALMA, ma i nostri modelli numerici mostrano che siamo sulla strada giusta. ALMA ci dà una nuova conoscenza di quel che accade in queste stelle e di che cosa potrebbe succedere al Sole tra qualche miliardo di anni", dice Shazrene Mohamed (Argelander Institute for Astronomy, Bonn, Germania e South African Astronomical Observatory), co-autrice dello studio.

"Nel prossimo futuro le osservazioni con ALMA di stelle come R Sculptoris ci aiuteranno a capire come gli elementi di cui siamo fatti hanno raggiunto luoghi come la Terra. Ci daranno anche un'idea di quello che potrà essere il lontano futuro della nostra stella", conclude Matthias Maercker.

Note

[1] R Sculptoris è un esempio di stella AGB (asymptotic giant branch). Si tratta di stelle con masse iniziali comprese tra 0,8 e 8 masse solari nelle ultime fasi di vita. Sono giganti rosse fredde, con grandi perdite di massa sotto forma di forti venti stellari, e sono tipicamente variabili di lungo periodo. La loro struttura è costituita da un minuscolo nucleo di carbonio e ossigeno circondato da un guscio di elio e idrogeno in combustione e quindi da un inviluppo convettivo enorme. Il Sole, alla fine della sua vita, evolverà in una stella AGB.

[2] Il guscio eiettato intorno alle stelle AGB è composto da grani di polvere e da gas. I grani di polvere possono essere individuati con la ricerca di emissione termica nel lontano infrarosso fino alle lunghezze d'onda millimetriche. A lunghezze d'onda millimetriche l'emissione della molecola CO permette agli astronomi di ottenere mappe ad alta risoluzione dell'emissione del gas prodotta dal forte vento stellare generato dalle stelle AGB. Queste osservazioni sono anche eccellenti traccianti della distribuzione del gas attorno a questi oggetti. L'elevata sensibilità di ALMA permette di costruire direttamente una mappa della zona di condensazione della polvere e di fotografare la struttura del materiale intorno alle stelle AGB, mostrando dettagli di dimensioni inferiori a 0,1 secondo d'arco.

[3] Una spirale simile, ma senza il guscio esterno, è stata vista nelle osservazioni della stella LL Pegasi dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA. Ma, a differenza delle nuove osservazioni ALMA, questi dati non consentivano di studiare la completa struttura tridimensionale. Le osservazioni di Hubble rivelano la polvere, mentre ALMA vede l'emissione molecolare.

[4] Stelle binare non visibili sono state suggerite come spiegazione per le strane forme viste in oggetti correlati, le nebulose planetarie. Dopo la fase di AGB, stelle di massa intermedia o piccola (0,8 - 8 masse solari) concluderanno la loro esistenza formando una nebulosa planetaria. Si tratta dei resti ardenti dell'inviluppo stellare di gas espulso durante la fase AGB, ionizzato dalla radiazione ultravioletta emessa dalla stella centrale. Molte nebulose planetarie hanno morfologie estremamente complesse ed eterogenee. Stelle binarie centrali, dischi stellari e campi magnetici sono stati proposti come meccanismo per produrre una tale varietà di forme.

[5] Il sistema qui proposto è costituito da una stella primaria AGB che passa attraverso una fase di impulso termico e una piccola stella compagna. La separazione tra le stelle utilizzate nella simulazione è di 60 unità astronomiche, con una massa totale del sistema di due masse solari. Il periodo orbitale è di 350 anni.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell'articolo "Unexpectedly large mass loss during the thermal pulse cycle of the red giant star R Sculptoris", di Maercker et al. che verrà pubblicato sulla rivista Nature.

L'equipe è composta da M. Maercker (ESO; Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Germania), S. Mohamed (Argelander Institute for Astronomy; South African Astronomical Observatory, Sud Africa), W. H. T. Vlemmings (Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology, Onsala, Svezia), S. Ramstedt (Argelander Institute), M. A. T. Groenewegen (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgio), E. Humphreys (ESO), F. Kerschbaum (Department of Astronomy, University of Vienna, Austria), M. Lindqvist (Onsala Space Observatory), H. Olofsson (Onsala Space Observatory), C. Paladini (Department of Astronomy, University of Vienna, Austria), M. Wittkowski (ESO), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Cile) and L. A. Nyman (Joint ALMA Observatory).

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), un telescopio da 39 metri che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

\ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, il Nord America e l'Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, ALMA è finanziata dall' ESO, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation (NSF), in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS), in cooperazione con l' Accademia Sinica di Taiwan (AS). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dell'Europa, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

L'Osservatorio ALMA verrà inaugurato il 13 marzo 2013.

Links

• Articolo scientifico su Nature
• Ulteriori inforazioni su ALMA all'ESO
• JAO, il Joint ALMA Observatory

Contatti

Matthias Maercker
ESO ALMA Cofund Fellow
Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Germany
Tel.: +49 228 735768
Cell.: +49 176 706 21 632
E-mail: maercker@astro.uni-bonn.de

Wouter Vlemmings
Onsala Space Observatory
Chalmers University of Technology, Sweden
Tel.: +46 31 772 5509
Cell.: +46 733 544 667
E-mail: wouter.vlemmings@chalmers.se

Shazrene S. Mohamed
Postdoctoral Research Fellow
South African Astronomical Observatory, Cape Town, South Africa
Tel.: +27 21 447 0025 ext 7025
Cell.: +27 729 661 707
E-mail: shazrene@saao.ac.za

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