SONO UNA NUOVA SORGENTE DI ONDE GRAVITAZIONALI

Due stelle di elio per Lisa

Dal Center for Astrophysics di Harvard arriva la conferma della scoperta di un sistema binario formato da due nane bianche con nucleo di elio, caratterizzato da un periodo orbitale estremamente breve: 1201 secondi – il terzo sistema binario con il periodo più breve a oggi conosciuto. Si stima che tale sistema potrà essere osservato da Lisa con un rapporto segnale-rumore pari a 40 in 4 anni di osservazioni. I risultati dello studio saranno pubblicati su ApJ

     06/04/2020
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Impressione artistica del primo sistema binario con due nane bianche a nucleo di elio, che rappresenterà un sistema binario di verifica per la missione Lisa (Laser Interferometer Space Antenna). Crediti: M. Weiss

Alcuni scienziati del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (Cfa) hanno annunciato di aver trovato un sistema binario formato da due nane bianche con nucleo di elio, caratterizzato da un periodo orbitale estremamente breve: 1201 secondi.  Si chiama Sdss J2322 + 0509 ed è il terzo sistema binario con il periodo più breve a oggi conosciuto.

Queste particolari nane bianche sono stelle di piccola massa (inferiore a metà della massa del Sole) che, per via delle loro caratteristiche fisiche, riescono a fondere solo l’idrogeno in elio, degenerando molto prima di riuscire a raggiungere temperature tali da innescare la fusione dell’elio in carbonio. È per questo motivo che risultano costituite esclusivamente da elio.

«Le teorie prevedono l’esistenza di molti sistemi binari costituiti da nane bianche con nucleo di elio», dice Warren Brown, astronomo della CfA e autore principale dello studio. «Questa rilevazione fornisce un’ancora a quei modelli e un punto di riferimento per i futuri esperimenti mirati a trovare un numero maggiore di queste stelle, al fine di determinarne il numero reale».

Secondo Mukremin Kilic, dell’Università dell’Oklahoma, coautore dello studio, la stella binaria appena trovata potrà essere utilizzata per la verifica di Lisa (Laser Interferometer Space Antenna), l’attesissimo osservatorio di onde gravitazionali il cui lancio è previsto nel 2034. «I sistemi binari di verifica sono importanti perché sappiamo che Lisa sarà in grado di osservarli entro poche settimane dall’accensione dei telescopi», spiega Kilic. «A oggi conosciamo ancora poche sorgenti di verifica per Lisa: la scoperta del primo prototipo di una nuova classe di stelle binarie di verifica ci pone in una situazione molto migliore di quanto chiunque avrebbe potuto prevedere».

Si stima che il sistema binario potrà essere osservato da Lisa con un rapporto segnale-rumore pari a 40 in 4 anni di osservazioni. J2322 + 0509 rappresenta la prima binaria di verifica di questo tipo, per Lisa: una classe di oggetti che si presume rappresenterà un terzo dei rilevamenti di binarie ultracompatte risolte da Lisa.

«Stiamo scoprendo che i sistemi binari che sembrerebbero essere i più difficili da rilevare potrebbero effettivamente rappresentare le sorgenti più forti di onde gravitazionali», osserva Brown. «Questo sistema binario era difficile da rilevare perché è orientato a faccia in su, come un occhio di bue, piuttosto che di taglio. Sorprendentemente, le onde gravitazionali del sistema binario sono 2.5 volte più forti con questo orientamento rispetto al caso in cui il sistema fosse orientato di taglio, come in una binaria a eclissi».

Per gli scienziati, J2322 + 0509 ha rappresentato una vera sfida. Gli autori hanno combinato dati spettroscopici, fotometrici e astrometrici per caratterizzare il sistema. I dati spettroscopici di J2322 + 0509 sono stati raccolti utilizzando il telescopio Mmt presso il Fred Lawrence Whipple Observatory di Amado, in Arizona, il telescopio Magellan Baade all’Osservatorio di Las Campanas in Cile e il telescopio Gemini-Nord a Mauna Kea, alle Hawaii.

Hanno scoperto che J2322 + 0509 è una binaria spettroscopica con una nana bianca di circa 19mila gradi kelvin che si muove a una velocità di 149 chilometri al secondo (questo valore rappresenta la semi-ampiezza della curva della velocità radiale). La fotometria a banda multipla ha rivelato che la compagna più fredda contribuisce per circa il 15 percento in più alla lunghezza d’onda del rosso. L’astrometria ha permesso di collocare il sistema a circa 250 anni luce dalla Terra e ha posto un vincolo diretto al raggio delle nane bianche. Da un’analisi congiunta è stato possibile concludere che J2322 + 0509 è formato da due nane bianche con una massa molto simile, rispettivamente pari a : 0.27 e 0.24 masse solari.

Con il suo periodo orbitale di 1201 secondi, poco più di 20 minuti, si conferma essere quella con il terzo periodo più breve di tutti i sistemi binari distaccati a oggi noti. «L’orbita del sistema sta decadendo. Le onde gravitazionali che vengono emesse stanno causando la perdita di energia della coppia e in sei o sette milioni di anni si uniranno in un’unica nana bianca più massiccia», conclude Brown.

I risultati dello studio saranno pubblicati in Astrophysical Journal Letters.

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