LO STUDIO SU THE ASTROPHYSICAL JOURNAL

La macchia con la nana bianca intorno

La nana bianca nota con il nome di J1529+2928 è stata osservata in dettaglio da un team di astronomi, che ha scoperto una variazione periodica della sua luminosità: la stella si affievolisce ogni 38 minuti. La spiegazione, sebbene non immediata, sembra essere semplice, e ha delle conseguenze estremamente interessanti per i prossimi studi su questa famiglia di stelle compatte

Illustrazione artistica di una nana bianca isolata. Crediti: NASA/ESA

Illustrazione artistica di una nana bianca isolata. Crediti: NASA/ESA

Le variazioni periodiche nell’intensità di luce proveniente da una stella destano sempre curiosità da parte della comunità scientifica, specialmente se la stella si oscura in modo irregolare o non immediatamente interpretabile. Un caso balzato all’attenzione della cronaca nelle ultime settimane è quello dell’enigmatica stella KIC 8462852, probabilmente circondata da frammenti di cometa. A far parlare di sé, oggi, è un altro oggetto estremamente interessante chiamato J1529+2928: una nana bianca che diminuisce la propria luminosità ogni 38 minuti. In questo caso il mistero sembra avere una spiegazione semplice, ma con conseguenze molto interessanti per gli studi futuri della famiglia delle nane bianche.

Le nane bianche sono stelle compatte e molto calde, contengono circa la stessa massa del Sole, ma hanno dimensioni paragonabili a un pianeta terrestre e arrivano a temperature superiori a 10.000°K. Sono ciò che rimane a seguito del collasso di stelle di massa medio-piccola (fino a 8 volte la massa del Sole) e sono state a lungo considerate sorgenti luminose estremamente stabili. Alla fine degli anni ‘60 abbiamo iniziato a scoprire che esistono anche nane bianche variabili. Le ragioni principali per cui è possibile osservare variabilità nella curva di luce di una di queste stelle è che la nana bianca faccia parte di un sistema binario, e quindi abbia una compagna che la eclissa o le cede materiale, oppure che sia circondata da dischi di polveri o veri e propri sistemi planetari.

In alto e al centro: curve di luce della nana bianca J1529+2928 ottenute in tre diverse serate osservative. In basso: la trasformata di Fourier del segnale luminoso mostra un picco a 37.7 cicli/giorno (e un altro, più piccolo, che corrisponde alla sua prima armonica). La linea rossa sovrapposta alle due curve di luce è la curva teorica ottenuta in base alle frequenze misurate dalla trasformata. Crediti: Kilic et al. 2015

In alto e al centro: curve di luce della nana bianca J1529+2928 ottenute in tre diverse serate osservative. In basso: la trasformata di Fourier del segnale luminoso mostra un picco a 37.7 cicli/giorno (e un altro, più piccolo, che corrisponde alla sua prima armonica). La linea rossa sovrapposta alle due curve di luce è la curva teorica ottenuta in base alle frequenze misurate dalla trasformata. Crediti: Kilic et al. 2015

J1529+2928, il cui nome esteso è SDSS J152934.98+292801.9, è una nana bianca isolata scoperta dalla Sloan Digital Sky Survey che ha una massa di poco superiore a quella del Sole e mostra una diminuzione della propria luminosità ogni 38 minuti circa, dato che ha inizialmente fatto pensare ad un’eclissi.

Il team che ha scoperto queste variazioni, guidato da Mükremin Kilic dell’Università dell’Oklahoma, ha osservato la nana bianca con i telescopi dell’Apache Point Observatory in Nuovo Messico e del McDonald Observatory in Texas, ottenendo dati fotometrici a coprire un arco di tempo pari a 66 giorni. Inoltre, sono state condotte osservazioni spettroscopiche della sorgente con il telescopio Gemini North di Mauna Kea, alle Hawaii.

Grazie a questi dati Kilic e i suoi collaboratori hanno potuto escludere una serie di possibili cause per la variabilità di questo oggetto. Le informazioni spettroscopiche, ad esempio, hanno permesso di scartare l’ipotesi di una stella compagna, poiché non è stata osservata nessuna variazione imputabile a una componente radiale di velocità. La possibilità che attorno a J1529 + 2928 ruoti un pianeta è esclusa dalla periodicità del segnale, poiché il transito sarebbe troppo breve per spiegare le osservazioni. Un ipotetico pianeta frammentato, invece, produrrebbe curve di luci che cambiano al passare del tempo, mentre la diminuzione di luminosità osservata rimane uguale nell’arco dei 66 giorni.

Quale spiegazione rimane, dunque? Gli autori dello studio, apparso qualche giorno fa su The Astrophysical Journal, suggeriscono che la variabilità di J1529+2928 sia causata dalla presenza di una macchia scura sulla superficie della nana bianca, che ruota solidale alla stella e quindi appare e scompare alla nostra vista. Le stime mostrano che le curve di luce osservate possono essere generate da una macchia a circa 10.000°K (rispetto a una temperatura efficace della nana bianca pari a 11.900°K), che ricopre il 14% della superficie.

La formazione di una macchia simile richiederebbe la presenza di campi magnetici elevati, ma da misure spettrali la stima del campo magnetico di J1529+2928 risulta inferiore a 70.000 G, mentre per una nana bianca possono arrivare anche a centinaia di migliaia o milioni di Gauss. In un caso analogo, le variazioni di luminosità osservate sulla nana bianca WD 1953-011 sono state spiegate da un campo magnetico superficiale di 70.000 G e un campo magnetico localizzato pari a 500.000 G. È probabile che nel caso di J1529+2928 la struttura del campo sia simile, ma serviranno dati spettroscopici ad alta risoluzione per confermare questa ipotesi.

Infine, secondo le stime attuali circa il 10% delle nane bianche dovrebbero mostrare variabilità nelle proprie curve di luce, ma le implicazioni di questa scoperta potrebbero aumentare in maniera considerevole questa frazione. In tal caso, questo risultato sarebbe estremamente promettente per campagne osservative pianificate per il futuro, come quella che verrà realizzata con il Large Synoptic Survey Telescope, grazie al quale sarà possibile raccogliere immagini di 13 milioni di nane bianche.