DAI DATI DI X-SHOOTER, LO STUDIO OGGI SU NATURE

La nana bruna che era una stella

Grazie alle capacità dello strumento X-Shooter del Very Large Telescope, un team internazionale di ricercatori è riuscito a osservare per la prima volta in maniera diretta una nana bruna in un sistema binario, dimostrando che si trattava di una stella che aveva perso quasi tutto il suo materiale, strappato via dalla compagna

Rappresentazione artistica di un sistema binario formato da una nana bianca (a destra) che strappa materiale alla sua stella compagna. Crediti: Rene Breton, University of Manchester

Rappresentazione artistica di un sistema binario formato da una nana bianca (a destra) che strappa materiale alla sua stella compagna. Crediti: Rene Breton, University of Manchester

Più di metà delle stelle che vediamo nel cielo appartengono a sistemi binari o multipli, in cui cioè più stelle ruotano attorno ad un centro di massa comune. Questi sistemi comportano dinamiche complesse dal punto di vista evolutivo, e può capitare una stella strappi materiale alla sua vicina. Di recente un team di astronomi ha rivelato un oggetto che in passato era una stella, ma che adesso si presenta spogliato dei suoi strati più esterni dalla compagna nana bianca.

I sistemi binari in interazione sono un laboratorio unico e prezioso, che ci permette di studiare gli oggetti substellari, ovvero quegli oggetti che non hanno abbastanza massa per poter brillare come stelle. Durante il trasferimento di materia, la stella che cede materiale e che si trasforma in oggetto substellare viene illuminata dalla compagna, fornendo informazioni preziose su entrambi i componenti del sistema binario. Fino a oggi era stato possibile raccogliere informazioni spettroscopiche di un singolo oggetto appartenente a questa categoria, ma mancavano dati riguardanti l’irraggiamento proveniente dalla compagna.

I ricercatori hanno dunque effettuato uno studio dettagliato per indagare il comportamento del sistema binario chiamato SDSS J1433+1011 (o J1433), che si trova a 730 anni luce di distanza da noi. Il sistema è costituito da un oggetto di piccola massa, circa 60 volte la massa di Giove, che orbita rapidamente attorno a una compagna nana bianca, impiegando circa 78 minuti per un giro completo.

A causa della vicinanza tra i due oggetti, la nana bianca ha spogliato la sua piccola compagna togliendole mano a mano sempre più materia. Questo processo ha comportato, nel tempo, la rimozione di circa il 90% della massa della compagna, facendola diventare una nana bruna.

La maggior parte delle nane brune sono delle “stelle mancate”, ovvero oggetti nati con troppo poco materiale per poter innescare la fusione di idrogeno nei loro nuclei e quindi accendersi come stelle. La nana bruna di questo sistema, invece, era nata come una stella vera e propria, ma è stata privata di gran parte del suo materiale dal cannibalismo esercitato dalla sua compagna.

Lo studio è stato pubblicato sull’ultimo numero della rivista Nature, e ha visto l’utilizzo dello strumento X-Shooter presso il Very Large Telescope a Paranal, in Cile. X-Shooter, grazie alla sua sensibilità, ha permesso ai ricercatori di rilevare e caratterizzare in dettaglio il sistema binario J1433, nonostante la sua debole emissione.

Mappa di temperatura della nana bruna all’interno del sistema binario SDSS J1433+1011. Crediti: Juan Venancio Hernández Santisteban

Mappa di temperatura della nana bruna all’interno del sistema binario SDSS J1433+1011. Crediti: Juan Venancio Hernández Santisteban

«X-Shooter è uno strumento unico nel suo genere», spiega Juan Venancio Hernández Santisteban, dottorando presso l’Università di Southampton e primo autore dello studio, «perché è in grado di osservare oggetti astronomici dalle frequenze dell’ultravioletto a quelle dell’infrarosso simultaneamente. Questo ci ha permesso di analizzare la luce proveniente dal sistema binario e scoprire il segnale debolissimo della nana bruna.

«La nostra conoscenza attuale di come evolvono i sistemi binari ci suggerisce che, se la stella che cede materia sopravvive alla transizione, le nane brune possono essere piuttosto comuni in questo tipo di sistemi. Tuttavia, nonostante numerosi sforzi, in passato sono stati trovati solo pochi sistemi candidati, che presentavano evidenze sperimentali deboli. I nostri risultati confermano per la prima volta che la trasformazione di una stella in nana bruna è possibile».

Grazie ai dati raccolti, i ricercatori sono riusciti addirittura a mappare la temperatura della nana bruna in diversi punti della sua superficie, scoprendo che non è uniforme. Questo è dovuto al fatto che il neonato oggetto substellare viene irradiato dalla sua compagna, molto più calda. La mappa di temperatura mostra che il lato rivolto verso la nana bianca e quello opposto presentano una differenza di temperatura media di 57 °C, mentre il punto più caldo e quello più freddo arrivano a uno sbalzo di circa 200 °C.

«La costruzione di questa mappa di temperatura superficiale è un risultato molto significativo», spiega Christian Knigge, professore presso l’Università di Southampton e co-autore dell’articolo. «Nel caso di molti esopianeti, i cosiddetti gioviani caldi, la radiazione proveniente dalla stella ospite inonda il pianeta al punto tale da dominare completamente rispetto all’emissione dovuta al suo flusso interno. Per quanto riguarda invece la nostra nana bruna, il flusso di calore interno e l’irradiazione esterna sono confrontabili, e questo rappresenta un regime del tutto inesplorato. Questo tipo di sistemi rappresenta un laboratorio di inestimabile valore per le informazioni che ci possono fornire sia sulle atmosfere degli oggetti substellari che per quelle planetarie».

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