Gaia: nuova mappa delle stelle binarie prossime al Sole

L'atlante, creato da Kareem El-Badry, studente dell'Università della California, Berkeley, sarà molto utile a coloro che studiano le stelle binarie che costituiscono almeno la metà delle stelle simili al nostro Sole

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L’osservatorio spaziale Gaia ha consentito agli astronomi di creare un atlante 3D che racchiude oltre un milione di stelle binarie che si trovano entro un raggio di 3.000 anni luce dal sistema solare.

L’atlante, creato da Kareem El-Badry, studente dell’Università della California, Berkeley, sarà molto utile a coloro che studiano le stelle binarie che costituiscono almeno la metà delle stelle simili al nostro Sole. 

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La nuova mappa contiene un numero maggiore di stelle e consente uno studio più approfondito delle fasi evolutive in cui si trovano le stelle binarie. Nella nuova mappa sono presenti anche 17.000 nane bianche.

Le nane bianche sono lo stadio finale della maggior parte delle stelle della Via lattea, anche il Sole al termine della sua esistenza si trasformerà in una nana bianca.

Quasi tutte le 2,5 milioni di stelle della mappa sono ancora relativamente giovani e gli astronomi chiamano le stelle di questo tipo stelle della sequenza principale, perché si raggruppano lungo una linea quando viene costruito un grafico che mostra la temperatura e la luminosità.

Con un numero cosi elevato di stelle doppie è possibile studiare la popolazione di questi astri cercando di rispondere a domande come: qual è la distribuzione dei rapporti di massa delle due stelle nei sistemi binari? Come sono distribuite le loro separazioni o eccentricità?

El-Badry intende di concentrarsi in futuro sulle stelle binare che contengono nane bianche, perché alle nane bianche può essere assegnata un’età in modo più preciso di quanto sia possibile con le stelle normali. 

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Le stelle della sequenza principale come il Sole possono avere lo stesso aspetto per miliardi, o anche decine di miliardi di anni, mentre le nane bianche mutano: ad esempio, si raffreddano a una velocità ben definita. E poiché le coppie binarie nascono nello stesso momento, l’età della nana bianca indica agli astronomi l’età della stella gemella della sequenza principale o di qualsiasi esopianeta in orbita attorno alle stelle.

El-Badry e i suoi colleghi hanno utilizzato i dati di Gaia per stimare l’età di un gigante gassoso delle dimensioni di Giove scoperto dal satellite TESS attorno a una coppia di nane bianche di tipo K. Quell’esopianeta, TOI-1259Ab, in base alle stime della nana bianca della coppia binaria ha circa circa 4 miliardi di anni.

Nella mappa 3D sono presenti 15 sistemi come questo composti da una stella, un pianeta e una nana bianca.

Gaia a caccia di stelle binarie

Prima del lancio di Gaia l’unico modo per trovare le stelle binarie era cercare stelle vicine nel cielo.Ma le stelle che sembrano molto vicine dalla Terra potrebbero essere distanti centinaia o migliaia di anni luce l’una dall’altra, trovandosi semplicemente lungo la stessa linea di visuale.

Per escludere un allineamento casuale è necessario molto tempo di osservazione per confermare che le stelle sono effettivamente alla stessa distanza e si muovono insieme. 

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A causa del movimento della Terra intorno al Sole, le stelle vicine sembrano cambiare posizione nel cielo e quella parallasse può essere utilizzata per calcolare la loro distanza. Il movimento della stella nel cielo, noto come moto proprio, aiuta a determinarne la velocità.

Gaia fa proprio questo tipo di misurazioni, 24 ore su 24, 7 giorni su 7, dalla sua orbita. L’indagine del telescopio spaziale è particolarmente utile per le stelle entro circa 3000 anni luce dalla Terra, oltre questa distanza la parallasse è troppo piccola per essere misurata.

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El-Badry ha cercato per la prima volta le stelle binarie nei dati Gaia nel 2018, con l’aiuto dei colleghi Hans-Walter Rix, direttore dell’Istituto Max-Planck per l’astronomia di Heidelberg, in Germania, e Tyler Heintz, uno studente laureato alla Boston University. 

I tre ricercatori hanno sviluppato tecniche computazionali per identificare le stelle che si muovono insieme nello spazio e alla stessa distanza dalla Terra. 

La tecnica proietta il movimento di ogni stella per migliaia di anni, in base al suo movimento corretto oggi, ed estrae stelle che si muovono nella stessa direzione. Se le stelle risultano essere alla stessa distanza in base alla parallasse, probabilmente sono legate l’una all’altra come un sistema di stelle binarie.

El-Badry e i suoi colleghi si concentrano principalmente sulle stelle binarie ampie, quelli separati da una distanza di 10 U A o più, cioè 10 o più volte la distanza tra la Terra. Le stelle più vicine di quella distanza in genere appaiono come un punto e necessitano di altre tecniche spettroscopiche per distinguere se sono vere stelle binarie.

Per ottenere il primo crack sugli ultimi dati di Gaia, El-Badry il 3 dicembre dello scorso anno si è unito a circa 100 altri astronomi di tutto il mondo su Zoom. Ha eseguito rapidamente query pre-programmate sui dati per estrarre le informazioni di cui aveva bisogno per creare la mappa 3-D.

Le query iniziali hanno dato circa 1,8 milioni di candidati binari dal catalogo di Gaia composto da 1,8 miliardi di stelle, quindi El-Badry ha dovuto prima valutare la probabilità che alcune delle coppie fossero alla stessa distanza e si muovessero in direzioni simili casualmente. 

Nella nostra galassia circa la metà di tutte le stelle simili al Sole sono stelle binarie, molte delle quali troppo vicine tra loro per essere distinte, qualcosa come il 25% di tutte le stelle simili al sole hanno un compagno binario separati di oltre 30 UA, quanto la distanza di Plutone dal Sole.

La nuova analisi conferma qualcosa a cui si accennava nei dati del 2018: molte coppie di stelle binarie sono molto simili in massa. Questo significa che si sono formate molto più vicine tra loro in un processo che tendeva ad equalizzare le loro masse. Le stelle binarie in seguito si sono allontanate forse a causa delle interazioni con altre stelle vicine.