CICLI CHE SI RIPETONO FINO A 100MILA VOLTE, PER MILIARDI DI ANNI

Variabili cataclismiche come farfalle nello spazio

Un nuovo studio basato su massicce simulazioni al computer supporta le previsioni di 35 anni fa sulle binarie cataclismiche, proponendo una teoria unificata per queste stelle e mostrando che le nove osservabili sono solo la punta dell'iceberg. Tutti i dettagli su Nature Astronomy

     27/03/2020
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Impressione artistica di una variabile cataclismica (Nasa Apod dell’11 gennaio 2015). Questa alba porterà un’altra nova? Una civiltà che vive su un pianeta in orbita attorno a un sistema stellare binario di questo tipo, chiamato binario cataclismico, potrebbe porsi questo problema. In una variabile cataclismica, il gas cade da una stella più grande su un disco di accrescimento che circonda una nana bianca. Eventi catastrofici esplosivi come una nova nana possono verificarsi quando un addensamento di gas all’interno del disco di accrescimento si riscalda oltre una certa temperatura. A quel punto, cadrà più rapidamente sulla nana bianca e genererà un lampo luminoso. Tali nove nane non distruggeranno le stelle e potrebbero verificarsi in modo irregolare su scale temporali da pochi giorni a decine di anni. Sebbene una nova sia molto meno energetica di una supernova, se le nove ricorrenti non sono abbastanza violente da espellere più gas di quello che sta cadendo, la massa che si accumula sulla nana bianca potrebbe far si che il limite di Chandrasekhar venga superato. A quel punto, una grotta come quella in primo piano fornirebbe ben poca protezione, poiché l’intera nana bianca esploderebbe in una tremenda supernova. Crediti: Mark A. Garlick (Space-art.co.uk)

Quasi 35 anni fa, gli scienziati hanno fatto una proposta allora giudicata piuttosto radicale, ossia che le colossali bombe a idrogeno chiamate nove, dopo l’esplosione, attraversassero un ciclo di vita molto lungo, svanendo nell’oscurità per centinaia di migliaia di anni, per poi riprendersi e diventare nuovamente nove a pieno titolo.

Adesso è uscito un nuovo studio – il primo in grado di modellare completamente il ciclo di vita di questi sistemi binari, incorporando tutti i fattori che entrano in gioco – che convalida la previsione originale e porta alla luce nuovi dettagli. Pubblicato questa settimana sulla rivista Nature Astronomy, lo studio conferma che le nove che osserviamo brillare in tutto l’universo rappresentano solo un qualche percento di queste variabili cataclismiche – perché è questo il loro nome – e che molte altre siano in letargo, ben nascoste.

I sistemi binari cataclismici si verificano quando una stella normale, come ad esempio il Sole (ma più facilmente una nana rossa), viene cannibalizzata da una nana bianca, una stella quasi al termine del suo percorso evolutivo. Dopo un certo tempo, la materia che cade sulla nana bianca – principalmente idrogeno, di cui la compagna è ricca – raggiunge una temperatura e una densità tali da innescare reazioni di fusione nucleare, producendo un’esplosione che avvolge la nana bianca, che prende il nome di nova. Quello che succede è che la luminosità del sistema aumenta improvvisamente, diventando fino a un milione di volte più luminosa del Sole, per un periodo di tempo che può durare da pochi giorni a qualche mese, mentre la materia viene espulsa nello spazio interstellare. Terminata questa fase esplosiva, l’accrescimento a scapito della compagna riprende come prima, finché non si ristabiliscono le condizioni per un’altra esplosione. Le nove possono quindi essere ricorrenti, a intervalli di qualche decennio o secolo. Potrebbe anche accadere che la massa della nana bianca aumenti fino al limite di Chandrasekhar, oltre il quale la stella collassa su se stessa, innescando una supernova di tipo Ia, una gigantesca esplosione nella quale la nana bianca viene distrutta… ma questa è tutt’altra storia.

«Abbiamo quantificato quanto era stato ipotizzato decenni fa, ossia che la maggior parte di questi sistemi sono in letargo profondo, in attesa di svegliarsi, e non li abbiamo ancora identificati», dice Michael Shara, curatore del Dipartimento di astrofisica dell’American Museum of Natural History, primo autore dello studio originale nonché coautore del nuovo lavoro. «Le nove che osserviamo sono solo la punta dell’iceberg. Abbiamo sbagliato a pensare che le binarie nova-like e le nova nane, che portano alle nova, rappresentassero tutto ciò che esiste. I sistemi che creano le nova sono molto più comuni di quanto pensassimo».

Shara aveva proposto che, dopo un’esplosione, una nova diventasse una nova-like, poi una nova nana, e quindi, dopo un letargo trascorso come binaria distaccata (un sistema di due stelle piuttosto distanti), ritornasse a essere una nova nana, poi nova-like e poi di nuovo una nova… ripetendo questo ciclo più volte, fino a 100mila, per miliardi di anni. «Nello stesso modo in cui un uovo, un bruco, una crisalide e una farfalla sono fasi del ciclo di vita dello stesso organismo, questi sistemi binari non sono altro che gli stessi oggetti osservati in diverse fasi della loro vita», spiega Shara.

Con il nuovo studio, Shara e i suoi colleghi dell’Università Ariel e dell’Università di Tel Aviv, in Israele, hanno realizzato una serie di simulazioni per seguire migliaia di esplosioni di nove e i loro effetti sulle compagne nane rosse. L’obiettivo era quello di dimostrare, quantitativamente, che l’evoluzione dei sistemi binari cataclismici è ciclica e guidata dall’interazione tra le due stelle. «Trenta anni fa – ma nemmeno venti, o dieci – non c’era la potenza di calcolo per farlo», osserva Shara.

Così facendo, hanno scoperto che le binarie cataclismiche non passano semplicemente attraverso ciascuno dei quattro stati – nova, nova-like, nova-nana e binaria distaccata – per tutta la vita. I sistemi binari appena nati, durante la prima parte della vita (che occupa pochi percento del suo totale) si alternano solo tra i due stati nova e nova-like. Poi, nel successivo 10 per cento della loro vita, le binarie si alternano attraverso tre stati: nova, nova-like e nova-nana. Per il restante quasi 90 per cento della loro vita, attraversano ciclicamente tutti e quattro gli stati.

Lo studio ha inoltre dimostrato che quasi tutte le nove che osserviamo oggi si sono verificate all’inizio della vita del sistema binario, piuttosto che alla fine, ad un ritmo di circa una ogni 10mila anni, anziché una ogni pochi milioni di anni. «Statisticamente, ciò significa che i sistemi che osserviamo – quelli che spuntano continuamente – sono quelli neonati», ha detto Shara. «E questo è solo circa il 5 per cento delle binarie totali presenti là fuori. La stragrande maggioranza è nello stato distaccato, e li abbiamo ignorati perché sono deboli e piuttosto comuni. Ma sappiamo che sono lì. Ora dobbiamo solo impegnarci per riuscire a trovarli e collegarli alle nove».

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