La maggior parte delle stelle nel nostro Universo si presentano in coppia. Mentre il nostro Sole è un solitario, molte stelle come il nostro Sole orbitano attorno a stelle simili, mentre una serie di altri abbinamenti esotici tra stelle e orbite cosmiche costellano l’universo. I buchi neri, ad esempio, si trovano spesso in orbita l’uno attorno all’altro. Un abbinamento che si è dimostrato piuttosto raro è quello tra una stella simile al Sole le stelle di neutroni.
Una probabile nuova popolazione di stelle di neutroni
Un team di astronomi guidato da Kareem El-Badry del Caltech ha scoperto quelle che sembrano essere 21 stelle di neutroni in orbita attorno a stelle come il nostro Sole. Le stelle di neutroni sono densi nuclei bruciati di stelle massicce che sono esplose. Da sole, sono estremamente deboli e di solito non possono essere rilevate direttamente.
Quando però una stella di neutroni orbita attorno a una stella simile al Sole, tira la sua compagna, facendo sì che la stella si sposti avanti e indietro nel cielo. Utilizzando la missione Gaia dell’Agenzia spaziale europea, gli astronomi sono stati in grado di catturare queste oscillazioni rivelatrici per rivelare una nuova popolazione di stelle di neutroni.
“Gaia scandaglia costantemente il cielo e misura le oscillazioni di oltre un miliardo di stelle, quindi le probabilità di trovare anche oggetti molto rari sono elevate“, ha affermato El-Badry, Professore associato di astronomia al Caltech e scienziato aggiunto presso il Max Planck Institute for Astronomy in Germania.
Lo studio
Il nuovo studio, che include un team di coautori da tutto il mondo, è stato pubblicato su The Open Journal for Astrophysics. I dati di diversi telescopi terrestri, tra cui il WM Keck Observatory sul Maunakea, Hawaii; La Silla Observatory in Cile; e il Whipple Observatory in Arizona, sono stati utilizzati per seguire le osservazioni di Gaia e saperne di più sulle masse e le orbite delle stelle di neutroni nascoste.
Sebbene le stelle di neutroni siano state precedentemente rilevate in orbita attorno a stelle come il nostro Sole, quei sistemi erano tutti più compatti. Con poca distanza che separa i due corpi, una stella di neutroni (che è più pesante di una stella simile al Sole) può rubare massa alla sua compagna.
Questo processo di trasferimento di massa fa sì che la stella di neutroni brilli intensamente alle lunghezze d’onda dei raggi X o radio. Al contrario, quelle osservate nel nuovo studio sono molto più lontane dalle loro compagne, nell’ordine di una o tre volte la distanza tra la Terra e il Sole.
Questo significa che i nuovi fenomeni stellari sono troppo lontani dai loro partner per rubare loro materiale. Sono invece quiescenti e scuri: “Queste sono le prime stelle di neutroni scoperte puramente a causa dei loro effetti gravitazionali“, ha spiegato El-Badry.
La scoperta giunge in un certo senso inaspettata perché non è chiaro come una stella esplosa possa finire accanto a una stella come il nostro Sole.
“Non abbiamo ancora un modello completo di come si formano queste binarie“, ha aggiunto El-Badry: “In linea di principio, la progenitrice della stella di neutroni avrebbe dovuto diventare enorme e interagire con la stella di tipo solare durante la sua fase evolutiva avanzata“.
La stella enorme avrebbe urtato la piccola stella, probabilmente inghiottendola temporaneamente. In seguito, la progenitrice della stella di neutroni sarebbe esplosa in una supernova che, secondo i modelli, avrebbe dovuto slegare i sistemi binari, facendo precipitare le stelle di neutroni e le stelle simili al Sole in direzioni opposte.
“La scoperta di questi nuovi sistemi dimostra che almeno alcuni sistemi binari sopravvivono a questi processi catastrofici, anche se i modelli non riescono ancora a spiegare appieno come“, ha osservato lo scienziato.
Gaia è riuscita a trovare questi improbabili compagni grazie alle loro orbite ampie e ai lunghi periodi (le stelle simili al Sole orbitano attorno alle stelle di neutroni con periodi che vanno dai sei mesi ai tre anni).
“Se i corpi sono troppo vicini, l’oscillazione sarà troppo piccola per essere rilevata“, ha specificato El-Badry: “Con Gaia, siamo più sensibili alle orbite più ampie“. Gaia è anche più sensibile alle binarie che sono relativamente vicine. La maggior parte dei sistemi appena scoperti si trova entro 3.000 anni luce dalla Terra, una distanza relativamente piccola rispetto, ad esempio, ai 100.000 anni luce di diametro della galassia della Via Lattea.
Le nuove osservazioni hanno indicato anche quanto siano rari gli accoppiamenti: “Stimiamo che circa una stella su un milione di tipo solare stia orbitando attorno a una stella di neutroni in un’orbita ampia”.
Conclusioni
El-Badry è anche interessato a trovare buchi neri dormienti invisibili in orbita attorno a stelle simili al Sole. Utilizzando i dati di Gaia, ha trovato due di questi buchi neri silenziosi nascosti nella nostra galassia. Uno, chiamato Gaia BH1, è il buco nero più vicino conosciuto alla Terra, a 1.600 anni luce di distanza.
“Non sappiamo con certezza neanche come si siano formati questi buchi neri binari“, ha concluso El-Badry: “Ci sono chiaramente delle lacune nei nostri modelli per l’evoluzione delle stelle binarie. Trovare più di questi compagni oscuri e confrontare le statistiche della loro popolazione con le previsioni di modelli diversi ci aiuterà a ricostruire come si formano“.
