LO STUDIO SU ASTRONOMY & ASTROPHYSICS

Doppia lente gravitazionale per Gaia16aye

Una campagna osservativa di 500 giorni condotta dalla missione Gaia dell’Esa, insieme a osservazioni di follow-up eseguite con oltre 50 telescopi da terra e dallo spazio, ha permesso di individuare un evento di lente gravitazionale causato da un sistema binario di stelle. Tra gli autori dello studio che ne riporta i dettagli ci sono anche Valerio Bozza dell’Università di Salerno e Giuseppe Leto dell’Inaf di Catania. Li abbiamo intervistati

     05/02/2020
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Illustrazione artistica del sistema stellare binario scoperto grazie all’effetto di lente gravitazionale che esso provoca sul percorso della luce proveniente dalla stella Gaia16aye, posta più distante lungo la stessa linea di vista. Crediti: M. Rębisz

Una stella lontana quasi 50mila anni luce, in direzione della costellazione del Cigno, sotto una “doppia lente gravitazionale” formata, a sua volta, da una stella binaria a 2.600 anni luce: è questo che un team internazionale di astronomi ha scoperto analizzando i dati fotometrici delle osservazioni effettuate dal 2016 al 2017 dal satellite dell’Esa, Gaia, e da numerosi telescopi da Terra. Lo studio, i cui risultati sono pubblicati su Astronomy & Astrophysics, riguarda il rilevamento di ciò che in gergo viene definito un “evento di microlesing binario” – il primo evento del genere rilevato dalla missione spaziale Gaia. E fra gli autori ci sono numerosi ricercatori dell’Inaf: Giuseppe Altavilla (Oa Roma), Gisella Clementini e Felice Cusano (Oas Bologna), Giuseppe Leto e Riccardo Sanchez (Oa Catania), Lina Tomasella (Oa Padova) e Roberto Nesci (Iaps Roma).

Tutto è cominciato nel 2016, quando – durante la sua attività di perlustrazione del cielo allo scopo di determinare la posizione, il movimento, la luminosità e la temperatura superficiale di oltre un miliardo di stelle nella nostra galassia – il satellite Gaia dell’Esa ha rilevato l’improvvisa impennata della luminosità di una stella. Il programma Gaia Photometric Science Alerts, un sistema gestito dall’Istituto di astronomia dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito, che analizza quotidianamente l’enorme quantità di dati provenienti da Gaia, rilevata l’anomalia ha subito allertato gli astronomi, in modo che altri telescopi terrestri e spaziali potessero puntarla rapidamente e studiarla più in dettaglio.

I dati della lunga campagna di osservazioni di follow-up seguite a questo alert – ottenuti da oltre 50 telescopi in tutto il mondo, tra cui anche il telescopio Inaf di Loiano, in provincia di Bologna – hanno permesso di confermare che la sorgente – chiamata Gaia16aye o 2Mass 19400112 + 3007533 – si stava comportando in effetti in un modo davvero strano: un modo diverso da quello ascrivibile a fenomeni come esplosioni di supernova e altri fenomeni celesti.

Valerio Bozza (Università degli studi di Salerno), coautore dello studio

«Abbiamo visto la stella diventare sempre più luminosa e poi, in un giorno, la sua luminosità è improvvisamente diminuita», ricorda Łukasz Wyrzykowski dell’Osservatorio astronomico dell’Università di Varsavia, in Polonia, e primo autore studio. Un comportamento che può essere spiegato soltanto da un fenomeno conosciuto con il nome di microlensing gravitazionale: una sorta di “lente d’ingrandimento cosmica” che incrementa la luminosità della stella.

«Osservando stelle lontane, talvolta capita che un’altra stella passi davanti alla sua linea di vista. La luce della stella lontana, allora, viene deviata dal campo gravitazionale della stella vicina, che così funge da “lente gravitazionale», spiega a Media Inaf Valerio Bozza, ricercatore al Dipartimento di fisica dell’Università di Salerno e coautore dell’articolo. «Tuttavia, trattandosi di campi gravitazionali relativamente deboli, l’unico fenomeno misurabile durante questi “passaggi” è un’amplificazione temporanea della luce della stella lontana, nota come microlensing: un fenomeno grazie al quale possiamo rivelare la presenza di oggetti molto piccoli od oscuri lungo la linea di vista. Viene utilizzato, ad esempio, per studiare l’abbondanza di stelle piccole, nane brune, buchi neri e pianeti extrasolari».

Tuttavia, il comportamento di Gaia16aye, come si evince dal grafico che vedete qui sotto, riportante i dati di luminosità della stella raccolti nei quasi due anni di osservazioni di follow-up, risultava strano anche per essere spiegato dalla presenza di uno di questi oggetti cosmici

Il grafico mostra i dati fotometrici raccolti in un periodo di quasi due anni con oltre 50 telescopi in tutto il mondo, nell’ambito di una campagna di osservazione globale guidata dal satellite Gaia dell’Esa. Le misurazioni della luminosità ottenute con il satellite Gaia sono rappresentate dai rombi neri, mentre i restanti simboli colorati sono osservazioni da Terra. Crediti: Wyrzykowski et al. 2019

«Se la lente è un oggetto isolato, il microlensing produce un semplice aumento di luminosità della sorgente lontana, seguito da una discesa perfettamente simmetrica rispetto alla salita», sottolinea Bozza. «Se la lente è una stella normale, la durata del fenomeno è di qualche decina di giorni, ma può salire a diverse centinaia di giorni se la massa della lente è ragguardevole – come quella di un buco nero. Se la lente è in realtà composta da un sistema binario, l’amplificazione della luce prodotta non è la semplice somma delle amplificazioni dei singoli oggetti: la luce, infatti, riesce a trovare nuovi percorsi tra le due lenti per raggiungere l’osservatore. Quando questo accade, misuriamo picchi improvvisi di luminosità nella curva di luce, con tipiche forme a “U”».

Giuseppe Leto (Inaf – Osservatorio astrofisico di Catania)

«Nel caso di Gaia16aye la variazione di luminosità ha avuto un andamento veramente molto complesso», dice un altro dei coautori dello studio, Giuseppe Leto dell’Inaf di Catania, responsabile scientifico di uno dei 50 telescopi coinvolto nella campagna osservativa, l’Apt2 di Serra la Nave. «Questo ha subito fatto capire che l’oggetto che si è frapposto tra la stella sorgente la Terra non era un oggetto singolo. Qui sono entrati in gioco i colleghi teorici che sono riusciti, cosa per niente semplice, a riprodurre l’andamento e quindi a descrivere in maniera completa la “lente”. In questo modo abbiamo scoperto che si tratta di un sistema di due stelle grandi ciascuna circa la metà del Sole, che orbitano attorno al loro centro di massa in poco meno di 3 anni. Un sistema che non possiamo vedere, ma di cui adesso conosciamo con elevata precisione tutte le caratteristiche».

«Insomma, un puzzle veramente complicato», conclude Bozza, «che ha richiesto mesi di tentativi prima di essere risolto. La possibilità di osservare contemporaneamente lo stesso evento da due punti di vista sufficientemente distanti – la Terra e il satellite Gaia – è stato certamente un ulteriore elemento decisivo per il successo dell’analisi. Questo caso conferma come il microlensing possa consentire studi astrofisici dettagliati altrimenti impossibili con altri metodi. Oltre tutto, questo evento di microlensing con sorgente nel disco galattico è molto raro, se ne conoscono pochissimi, averlo scoperto è abbastanza eccezionale».

Guarda il video del’Esa (crediti: Mellinger/Digital Sky Survey/Pan-STARRS1; Wyrzykowski et al.)

Per saperne di più:

  • Leggi su Astronomy & Astrophysics  l’articolo “Full orbital solution for the binary system in the northern Galactic disc microlensing event Gaia16aye”, di Ł. Wyrzykowski, P. Mróz, K. A. Rybicki, M. Gromadzki, Z. Kołaczkowski, M. Zieliński, P. Zieliński, N. Britavskiy, A. Gomboc, K. Sokolovsky, S. T. Hodgkin, L. Abe, G. F. Aldi, A. AlMannaei, G. Altavilla, A. Al Qasim, G. C. Anupama, S. Awiphan, E. Bachelet, V. Bakış, S. Baker, S. Bartlett, P. Bendjoya, K. Benson, I. F. Bikmaev, G. Birenbaum, N. Blagorodnova, S. Blanco-Cuaresma, S. Boeva, A. Z. Bonanos, V. Bozza, D. M. Bramich, I. Bruni, R. A. Burenin, U. Burgaz, T. Butterley, H. E. Caines, D. B. Caton, S. Calchi Novati, J. M. Carrasco, A. Cassan, V. Čepas, M. Cropper, M. Chruślińska, G. Clementini, A. Clerici, D. Conti, M. Conti, S. Cross, F. Cusano, G. Damljanovic, A. Dapergolas, G. D’Ago, J. H. J. de Bruijne, M. Dennefeld, V. S. Dhillon, M. Dominik, J. Dziedzic, O. Erece, M. V. Eselevich, H. Esenoglu, L. Eyer, R. Figuera Jaimes, S. J. Fossey, A. I. Galeev, S. A. Grebenev, A. C. Gupta, A. G. Gutaev, N. Hallakoun, A. Hamanowicz, C. Han, B. Handzlik, J. B. Haislip, L. Hanlon, L. K. Hardy, D. L. Harrison, H. J. van Heerden, V. L. Hoette, K. Horne, R. Hudec, M. Hundertmark, N. Ihanec, E. N. Irtuganov, R. Itoh, P. Iwanek, M. D. Jovanovic, R. Janulis, M. Jelínek, E. Jensen, Z. Kaczmarek, D. Katz, I. M. Khamitov, Y. Kilic, J. Klencki, U. Kolb, G. Kopacki, V. V. Kouprianov, K. Kruszyńska, S. Kurowski, G. Latev15, C.-H. Lee, S. Leonini, G. Leto, F. Lewis, Z. Li, A. Liakos, S. P. Littlefair, J. Lu, C. J. Manser, S. Mao, D. Maoz, A. Martin-Carrillo, J. P. Marais, M. Maskoliūnas, J. R. Maund, P. J. Meintjes, S. S. Melnikov, K. Ment, P. Mikołajczyk, M. Morrell, N. Mowlavi, D. Moździerski, D. Murphy, S. Nazarov, H. Netzel, R. Nesci, C.-C. Ngeow, A. J. Norton, E. O. Ofek, E. Pakštienė, L. Palaversa, A. Pandey, E. Paraskeva, M. Pawlak, M. T. Penny, B. E. Penprase, A. Piascik, J. L. Prieto, J. K. T. Qvam, C. Ranc, A. Rebassa-Mansergas, D. E. Reichart, P. Reig, L. Rhodes, J.-P. Rivet, G. Rixon, D. Roberts, P. Rosi, D. M. Russell, R. Zanmar Sanchez, G. Scarpetta, G. Seabroke, B. J. Shappee, R. Schmidt, Y. Shvartzvald, M. Sitek, J. Skowron, M. Śniegowska, C. Snodgrass, P. S. Soares, B. van Soelen, Z. T. Spetsieri, A. Stankevičiūtė, I. A. Steele, R. A. Street, J. Strobl, E. Strubble, H. Szegedi, L. M. Tinjaca Ramirez, L. Tomasella, Y. Tsapras, D. Vernet, S. Villanueva Jr., O. Vince, J. Wambsganss, I. P. van der Westhuizen, K. Wiersema, D. Wium, R. W. Wilson, A. Yoldas, R. Ya. Zhuchkov, D. G. Zhukov, J. Zdanavičius, S. Zoła  e A. Zubareva