LO STUDIO È STATO PRESENTATO A PASADENA ALL’AAS240

Nana bianca fa a pezzi il suo sistema planetario

Per la prima volta, gli astronomi sono riusciti a rilevare la firma spettrale dei detriti di un sistema planetario distrutto dall’ultima fase evolutiva della sua stella, catturati dall’atmosfera della nana bianca G238-44. L’analisi degli spettri ha rivelato un mix quasi due a uno di materiale roccioso metallico e ghiacciato, che potrebbe verosimilmente provenire da resti di asteroidi e comete

     17/06/2022
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Rappresentazione artistica di una stella nana bianca che raccoglie detriti da oggetti frantumati in un sistema planetario. Il telescopio spaziale Hubble è in grado di rilevare la firma spettrale dei detriti vaporizzati che hanno rivelato una combinazione di materiale roccioso metallico e ghiacciato, gli ingredienti dei pianeti. I risultati aiutano a descrivere la natura violenta dei sistemi planetari evoluti e la composizione dei suoi corpi in disintegrazione. Crediti: Nasa, Esa, Joseph Olmsted (Stsci)

Per la prima volta, gli astronomi sono riusciti a rilevare tracce dell’agonia di una stella: ha sconvolto a tal punto il suo sistema planetario da far sì che la nana bianca rimasta abbia inghiottito detriti rocciosi metallici e ghiacciati, provenienti sia dalla parte più interna che da quella più esterna del sistema.

I dati d’archivio del telescopio spaziale Hubble e di altri osservatori della Nasa sono stati essenziali per diagnosticare questo caso di cannibalismo cosmico. Sono risultati, questi, che aiuteranno gli scienziati a descrivere la natura violenta dei sistemi planetari evoluti e permetteranno di capire la composizione dei sistemi di nuova formazione.

Lo studio si basa sull’analisi del materiale catturato dall’atmosfera della nana bianca G238-44. Una nana bianca è ciò che resta di una stella come il Sole dopo che ha perso i suoi strati esterni e ha smesso di bruciare carburante attraverso la fusione nucleare. «Non avevamo mai visto entrambi questi tipi di oggetti accumularsi contemporaneamente su una nana bianca», racconta Ted Johnson dell’Università della California, Los Angeles (Ucla). «Studiando queste nane bianche, speriamo di ottenere una migliore comprensione dei sistemi planetari che sono ancora intatti».

I risultati sono intriganti anche perché si pensa che piccoli oggetti ghiacciati, schiantandosi su pianeti aridi, potrebbero per così dire “irrigarli”. Si pensa infatti che miliardi di anni fa, comete e asteroidi abbiano trasportato acqua sulla Terra, innescando le condizioni necessarie per la vita come la conosciamo. Secondo Johnson, la composizione dei corpi che sono caduti sulla nana bianca implica che questa specie di serbatoi ghiacciati potrebbero essere comuni tra i sistemi planetari. «La vita come la conosciamo richiede un pianeta roccioso ricoperto da una varietà di elementi come carbonio, azoto e ossigeno», spiega Benjamin Zuckerman, coautore dell’Ucla. «Le abbondanze degli elementi che vediamo su questa nana bianca sembrano richiedere un corpo genitore sia roccioso che ricco di sostanze volatili: si tratta del primo esempio che abbiamo trovato tra gli studi effettuati su centinaia di nane bianche».

Le teorie sull’evoluzione di un sistema planetario descrivono la transizione tra una stella gigante rossa e la nana bianca come un processo caotico. La stella perde rapidamente i suoi strati esterni e le orbite dei suoi pianeti cambiano drasticamente. Piccoli oggetti, come asteroidi e pianeti nani, possono avvicinarsi troppo a pianeti giganti e precipitare verso la stella. Questo studio conferma la reale portata di questa violenta fase caotica, mostrando che entro 100 milioni di anni dall’inizio della sua fase di nana bianca, la stella è in grado di catturare e consumare simultaneamente materiale dalla sua cintura di asteroidi e dalle regioni più distanti, paragonabili alla fascia di Kuiper.

La massa totale stimata divorata dalla nana bianca alla fine di questo processo potrebbe non essere superiore alla massa di un asteroide o di una piccola luna. Sebbene la presenza di almeno due oggetti consumati dalla nana bianca non sia stata misurata direttamente, è probabile che uno sia ricco di metalli – come un asteroide – e l’altro sia un corpo ghiacciato simile a quelli che si trovano ai margini del Sistema solare, nella fascia di Kuiper.

Rappresentazione artistica della distruzione del sistema planetario di G238-44. La piccola stella nana bianca è al centro dell’azione. Un debole disco di accrescimento è costituito dai pezzi di corpi frantumati che cadono sulla nana bianca. I rimanenti asteroidi e corpi planetari costituiscono un serbatoio di materiale che circonda la stella. Pianeti giganti gassosi più grandi potrebbero sopravvivere. Molto più lontano, è evidente una fascia di corpi ghiacciati come le comete, che alla fine andranno ad alimentare la stella morta. Crediti: Nasa, Esa, Joseph Olmsted (Stsci)

Nonostante gli astronomi abbiano catalogato oltre 5mila esopianeti, l’unico pianeta di cui abbiamo una conoscenza diretta della sua composizione interna è la Terra. Il cannibalismo della nana bianca offre un’opportunità unica per capire di cosa erano fatti i pianeti quando si sono formati attorno alla stella.

Il team ha misurato la presenza di azoto, ossigeno, magnesio, silicio e ferro. Il rilevamento di ferro con un’abbondanza molto elevata è la prova della presenza di nuclei metallici di pianeti terrestri, come Terra, Venere, Marte e Mercurio. Abbondanze di azoto inaspettatamente elevate li hanno portati a sostenere la presenza di corpi ghiacciati. «La soluzione migliore per i nostri dati è un mix quasi due a uno di materiale simile a Mercurio e materiale simile a una cometa, costituito da ghiaccio e polvere», spiega Johnson. «Il ferro metallico e il ghiaccio di azoto suggeriscono condizioni molto diverse di formazione planetaria. Non c’è nessun oggetto noto del Sistema solare con una quantità così elevata di entrambi».

I ricercatori stanno esaminando con interesse questo sistema perché potrebbe rappresentare lo scenario ultimo per l’evoluzione del Sole, tra 5 miliardi di anni. La Terra potrebbe essere completamente vaporizzata insieme ai pianeti interni. Ma le orbite di molti degli asteroidi nella fascia principale degli asteroidi saranno perturbati gravitazionalmente da Giove e alla fine cadranno su ciò che resterà del Sole, una nana bianca.

Per oltre due anni, il gruppo di ricerca dell’Ucla, dell’Università della California San Diego e della Kiel University in Germania, hanno lavorato per svelare questo mistero analizzando gli elementi rilevati sulla nana bianca oggetto dello studio. La loro analisi include i dati del Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (Fuse) della Nasa, dello spettrometro Echelle ad alta risoluzione (Hires) dell’Osservatorio Keck alle Hawaii, del Cosmic Origins Spectrograph (Cos) e dello Space Telescope Imaging Spectrograph (Stis) del telescopio spaziale Hubble. I risultati sono stati presentati al 240esimo meeting dell’American Astronomical Society.

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