SIMILITUDINI CON LE STELLE DI NEUTRONI SUGGERISCONO L’UNIVERSALITÀ DEL PROCESSO

Accrescimento a singhiozzo su una nana bianca

Uno studio pubblicato su Nature Astronomy dimostra che i processi di accrescimento sulle nane bianche in sistemi binari stretti interagenti sono molto simili a quelli osservati nelle binarie con stelle di neutroni con deboli campi magnetici. In particolare, presenta l’accrescimento on-off di Tw Pic, a 1400 anni luce dalla Terra. Allo studio hanno partecipato anche due astrofisici dell’Inaf, Domitilla De Martino e Alessandro Papitto

     19/10/2021
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Impressione artistica della nana bianca Mv Lyrae che si accresce attingendo materiale da una stella compagna. Crediti: Helena Uthas

Le nane bianche rappresentano l’ultimo stadio evolutivo della maggior parte delle stelle, quando ormai tutto l’idrogeno che le alimenta è stato consumato. Ora per la prima volta gli astronomi hanno visto uno di questi oggetti “accendersi” e “spegnersi”. Si tratta del sistema binario galattico Tw Pic, a circa 1400 anni luce dalla Terra, formato da una nana bianca che accresce materia da una compagna di tardo tipo spettrale, in orbita con un periodo di 6.5 ore. Grazie alle osservazioni condotte con il satellite della Nasa Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite), è stata vista perdere luminosità in 30 minuti, un fenomeno osservato nell’accrescimento delle nane bianche su un periodo di diversi giorni o mesi. La scoperta è riportata questa settimana su Nature Astronomy in uno studio guidato da Simone Scaringi del Centre for Extragalactic Astronomy della Durham University (Regno Unito).

«La sorpresa», commenta Domitilla De Martino, seconda autrice dello studio e astrofisica dell’Inaf di Napoli, «è stata quella di osservare rapide (circa 30 minuti) diminuzioni dell’emissione ottica che si prolungano per periodi lunghi dai cinque giorni fino a due mesi. Durante questi periodi di bassa luminosità sono stati osservati episodi di burst con ricorrenza di 1.2-2.4 ore».

La luminosità di una nana bianca in accrescimento è influenzata dalla quantità di materiale circostante di cui si nutre, quindi i ricercatori pensano che questo comportamento sia da ricercare in qualcosa che sta interferendo con il suo approvvigionamento “alimentare”. In particolare, sono convinti che ciò a cui stanno assistendo potrebbe essere legato a cambiamenti nel campo magnetico superficiale della nana bianca.

Tw Pictoris è un sistema binario relativamente brillante in cui una nana bianca accumula materiale da una stella compagna. Le osservazioni con Tess hanno rivelato come Tw Pictori svanisca improvvisamente e bruscamente in meno di 30 minuti. La figura mostra come le osservazioni di Tess rivelano questa transizione da una modalità luminosa contrassegnata in blu a una modalità debole contrassegnata in rosso. Crediti: Simone Scaringi

Durante la modalità “on”, quando la luminosità è alta, la nana bianca si nutre del disco di accrescimento come farebbe normalmente. Improvvisamente il sistema si “spegne” e la sua luminosità precipita. I ricercatori affermano che quando ciò accade, il campo magnetico ruota così rapidamente da creare una barriera che riduce fortemente la caduta di materia sulla superficie della nana bianca, un processo chiamato gate magnetico. Questo porta a piccoli aumenti semi-regolari della luminosità visti dagli astronomi. Dopo qualche tempo, il sistema si “riaccende” sporadicamente e la luminosità torna al livello originale.

«Questa fenomenologia è straordinariamente simile a quella osservata durante le fasi di accrescimento sub-luminoso di una classe di sistemi binari transizionali con pulsar al millisecondo, sebbene con scale di tempo più lunghe», aggiunge un altro degli autori dello studio, Alessandro Papitto dell’Inaf di Roma. «Tale similitudine ci ha portati a ipotizzare che i processi di accrescimento e inibizione dello stesso siano dovuti all’accumulo al limite magnetosferico di materia proveniente dal disco di accrescimento e che questa venga temporaneamente inibita per effetto di propeller magnetico, proprio come accade nelle pulsar al millisecondo transizionali. La maggiore durata della transizione osservata nel caso della nana bianca verrebbe spiegata dalle dimensioni del raggio di troncamento del disco ad una distanza di alcuni raggi stellari, molto maggiore rispetto al caso di una pulsar al millisecondo, di qualche centinaio di chilometri».

«Il comportamento on – off potrebbe essere presente anche in altri sistemi binari con nane bianche, e potrebbe essere rivelato solo con un monitoraggio intensivo come quello effettuato nell’ottico dal satellite Tess, e in futuro con la missione M3 dell’Esa Plato (Planetary Transits and Oscillations of stars), il cui lancio è previsto nel 2026», conclude De Martino. «Allo stesso tempo, osservazioni di un comportamento simile in un’altra banda energetica quali i raggi X, sarebbe fondamentale per studiare in dettaglio l’emissione che si origina alla superficie dell’oggetto compatto».

Gli astronomi sperano che la scoperta porti a una migliore comprensione della fisica dietro l’accrescimento, in cui oggetti come buchi neri, nane bianche e stelle di neutroni si nutrono di materiale circostante proveniente da stelle vicine.

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