Comunicato Stampa

Spiegate le fontane cosmiche

Una strana coppia di stelle anziane scolpisce una forma spettacolare in una nebulosa planetaria

08 Novembre 2012

Gli astronomi, utilizzando il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, hanno scoperto una coppia di stelle in orbita una intorno all'altra al centro di uno dei più notevoli esempi di nebulosa planetaria. Il nuovo risultato conferma una teoria molto discussa su che cosa controlli l'aspetto spettacolare e simmetrico del materiale lanciato nello spazio. I risultati vengono pubblicati nel numero del 9 novembre 2012 della rivista Science.

Le nebulose planetarie [1] sono gusci di gas incandescente intorno a nane bianche - stelle come il Sole, negli stadi finali di vita. Fleming 1 è un bellissimo esempio, con due getti sorprendentemente simmetrici [2] che si intrecciano in nodi e curve. Si trova nella costellazione australe del Centauro e fu scoperta poco più di un secolo fa da Williamina Fleming [3], una ex-cameriera assunta dall'Osservatorio dell'Harvard College dopo aver dimostrato attitudini per l'Astronomia.

Gli astronomi hanno discusso a lungo su come si possano produrre tali getti simmetrici, ma non è stato mai raggiunto alcun accordo. Ora, un'equipe di ricercatori guidata da Henri Boffin {ESO, Cile) ha combinato nuove osservazioni del VLT (Very Large Telescope) di Fleming 1 con modelli numerici esistenti per spiegare in dettaglio per la prima volta come si possono creare queste forme bizzarre.

L'equipe ha usato il VLT dell'ESO per studiare la luce proveniente dalla stella centrale. Hanno trovato che probabilmente Fleming 1 ospita non una ma due nane bianche al centro, in orbita l'una intorno all'altra ogni 1,2 giorni circa. Anche se le stelle binarie sono già state trovate all'interno delle nebulose planetarie, sistemi con due nane bianche sono molto rari [4].

"L'origine delle belle e intricate forme di Fleming 1 e di oggetti analoghi è stata controversa per molti decenni", dice Henri Boffin. "Gli astronomi avevano già suggerito in precedenza la presenza di una stella binaria, ma si pensava che in questo caso la coppia fosse molto larga, con un periodo orbitale di decine di anni o più. Grazie ai nostri modelli e alle osservazioni, che ci hanno permesso di esaminare questo sistema singolare in gran dettaglio e guardare proprio nel cuore della nebulosa, abbiamo scoperto che la coppia è qualche migliaio di volte più stretta di quello che si pensava".

Quando una stella di massa fino a otto volte quella del Sole si avvicina alla fine della propria vita, espelle i gusci esterni e inizia a perdere massa. Questo permette al nucleo caldo di irraggiare con forza e riscaldare il bozzolo di gas in espansione fino a farlo risplendere come nebulosa planetaria.

Mentre le stelle sono sferiche, molte di queste nebulose planetarie sono straordinariamente complesse, con nodi, filamenti e getti intensi di materiale che formano strani ricami. Alcune delle nebulose più spettacolari - tra cui Fleming 1 - hanno strutture simmetriche rispetto a un punto [5]. Per questa nebulosa planetaria ciò significa che il materiale sembra uscire da entrambi i poli della regione centrale con un flusso a forma di S. Questo nuovo studio mostra che queste strutture in Fleming 1 sono il risultato dell'interazione ravvicinata tra due stelle - il soprendente canto del cigno di una coppia stellare.

"Questo è il caso finora più completo di una stella binaria centrale per cui le simulazioni hanno previsto correttamente la forma della nebulosa circostante - e in modo veramente spettacolare", spiega il coautore Brent Miszalski, di SAAO e SALT (Sud Africa).

La coppia di stelle nel centro della nebulosa è fondamentale per spiegare le strutture osservate. Quando le stelle hanno iniziato a invecchiare si sono espanse e per una frazione di questo tempo una di queste si è comportata come un vampiro stellare, succhiando materia dalla compagna. Questa materia fluiva verso il vampiro, circondandolo con un disco noto come disco di accrescimento [6]. Poichè le stelle erano in orbita l'una intorno all'altra, entrambe interagivano con il disco e lo facevano muovere come una trottola - un tipo di moto chiamato precessione. Questo movimento influisce sul comportamento di qualsiasi materiale espulso dai poli del sistema, come i getti in deflusso. Questo studio ora conferma che il disco di accrescimento in precessione in sistemi binari può produrre la struttura straordinariamente simmetrica intorno alle nebulose planetarie come Fleming 1.

Le immagini profonde del VLT hanno portato anche alla scoperta di un anello nodoso di materiale nella zona interna della nebulosa. Tale anello è già stato osservato in altre famiglie di sistemi binari e sembra essere il segno distintivo della presenza di una coppia stellare.

"I nostri risultati portano ulteriori conferme del ruolo dell'interazione tra coppie di stelle per dare forma e forse anche per produrre le nebulose planetarie", conclude Boffin.

Note

[1] Le nebulose planetarie non hanno relazione con i pianeti. Il nome nasce nel diciottesimo secolo per descrivere alcuni di questi oggetti che assomigliava al disco di pianeti distanti visto con piccoli telescopi.

[2] I getti sono flussi di gas molto veloci esplusi dal centro delle nebulose planetarie. Sono spesso collimati - la materia esce in flussi paralleli - cioè si allargano molto poco propagandosi nello spazio.

[3] Fleming 1 prende il nome dall'astronoma scozzese Williamina Fleming, che la scoprì nel 1910. Ella lavorava come cameriera del direttore dell'Osservatorio dell'Harvard College intorno al 1880 e fu più tardi assunta per elaborare dati astronomici all'osservatorio come una delle "Calcolatrici di Harvard", un gruppo di donne molto abili che eseguivano calcoli matematici e vari lavori impiegatizi. Nel suo lavoro ella scoprì - e ciò le fu riconosciuto - numerosi oggetti astronomici, tra cui 59 nebulose gassose, oltre 310 stelle variabili e 10 novae. Questo oggetto, Fleming 1, ha anche altri nomi, tra cui PN G290.5+07.9, ESO 170-6 e Hen 2-66.

[4] L'equipe ha studiato le stelle con lo strumento FORS montato sul VLT (Very Large Telescope) all'Osservatorio del Paranal dell'ESO in Cile. Oltre a riprendere immagini dell'oggetto hanno anche suddiviso la luce nei suoi colori componenti per ricavare informazioni sul movimento oltre che sulla temperatura e composizione chimica dell'oggetto centrale.

La stella primaria e la secondaria hanno una massa stimata che vale rispettivamente circa 0,5-0,86 e 0,7-1,0 volte la massa del Sole. L'equipe è stata anche in grado di escludere la possibilità della presenza di una stella "normale" come il Sole nella binaria, analizzando la luce delle due stelle e studiando la luminosità del sistema. Durante la rotazione la luminosità cambia molto poco. Una stella normale invece verrebbe riscaldata dalla nana bianca e poichè presenterebbe sempre la stessa faccia alla compagna (così come la Luna fa con la Terra), avrebbe un lato "caldo e luminoso" e uno "freddo e buio", che sarebbero facilmente visti come una variazione periodica della luminosità. L'oggetto centrale è perciò molto probabilmnete costitutio da una coppia di nane bianche - un evento raro ed esotico.

[5] In questo caso ogni parte della nebulosa ha una controparte identica alla stessa distanza dalla stella, ma nella direzione opposta - il tipo di simmetria mostrato dalle figure in un mazzo di carte da gioco convenzionale.

[6] Un tal disco si forma quanto il flusso di materiale che esce dalla stella supera un certo limite, detto "lobo di Roche". All'interno di questa regione (il lobo) la materia è legata alla stella dalla gravità e non può sfuggire. Quando il lobo si riempie e il limite è superato, la massa sfugge all'attrazione della stella e si trasferisce al corpo vicino, per esempio la seconda stella di un sistema binario, formando un disco di accrescimento.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell'articolo “An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star”, di H.M. Boffin et al., che verrà pubblicato nel numero del 9 novembre 2012 della rivista Science.

L'equipe è composta da H. M. J. Boffin (European Southern Observatory, Cile), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation, Sud Africa), T. Rauch (Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Tübingen, Germania), D. Jones (European Southern Observatory, Cile), R. L. M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Spagna), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire, Regno Unito), A. C. Day-Jones (Universidad de Chile, Cile), e J. Köppen (Observatoire de Strasbourg, Francia).

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".

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1244.