03 Feb 2021 La Danza delle Coppie Stellari
Molte stelle massicce si formano a coppie, come parte di un sistema binario in cui entrambe orbitano attorno ad un centro comune di massa. Un nuovo studio suggerisce che le giovani stelle giganti accoppiate in un sistema si avvicinino una all’altra molto rapidamente dopo la formazione, nel giro di appena un paio di milioni di anni.
Rimangono ancora molti misteri sui processi di formazione delle massicce coppie stellari. Un team di astronomi guidato da María Claudia Ramírez-Tannus del Max Planck Institute for Astronomy ad Heidelberg, Germania, ha scoperto che le stelle massicce si formano in orbite larghe, che in seguito si restringono rapidamente: le stelle si avvicinano una all’altra dopo la nascita.
Solitamente le stelle nascono raggruppate in ammassi all’interno di nubi di gas e polveri. Una quantità relativamente piccola di stelle in questi raggruppamenti ha una massa superiore a 8 masse solari. Per ragioni ancora ignote, queste stelle massicce formano spesso sistemi binari, con distanze ridotte tra le singole stelle. Il team ha osservato varie regioni di formazione stellare piuttosto giovani, misurando la velocità delle singole stelle massicce e determinando la loro luminosità e temperatura superficiale. Combinando tutte le velocità stellari, gli astronomi hanno ottenuto la dispersione di velocità delle stelle massicce, una misura statistica della distribuzione delle loro velocità radiali. Per ottenere questi risultati, è stato utilizzato il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO.
Nell’immagine i due scenari di avvicinamento delle stelle massicce risultanti dalle simulazioni © MPIA graphics department
Gli astronomi hanno scoperto che la dispersione di velocità delle stelle massicce aumenta rapidamente con l’età dell’ammasso a cui appartengono. Il team attribuisce questo effetto all’aumento delle velocità orbitali delle binarie massicce man mano che le stelle si avvicinano gradualmente e le loro orbite si restringono. Questo effetto deriva dalla conservazione del momento angolare, ed è simile al motivo per cui un pattinatore ruota più rapidamente avvicinando le braccia verso il corpo. In generale, lo studio ha dimostrato un chiaro trend, in cui i periodi orbitali più corti diminuiscono rapidamente da una durata di mesi a pochi giorni, entro circa 1,6 milioni di anni.
“I nostri risultati suggeriscono che le stelle massicce binarie si formino inizialmente su orbite larghe per poi trasformarsi in breve tempo in sistemi binari stretti”, spiega Ramírez-Tannus. “È una scoperta importante perché ci aiuta a circoscrivere i modelli del meccanismo di formazione di simili sistemi”. In effetti, le stelle doppie massicce in gruppi stellari più vecchi tendono ad avere orbite ravvicinate, con periodi orbitali che variano da pochi giorni a settimane. Per spiegare i meccanismi alla base di questo avvicinamento delle stelle, gli scienziati propongono due scenari. Durante il processo di formazione stellare, in seguito al collasso di dense nubi molecolari, si forma un disco di gas e polveri attorno alla stella nascente. Questo disco alimenta la crescita della stella, che continua ad accumulare massa. Se il sistema si forma già come coppia stellare, le orbite delle stelle invadono il disco residuo. L’attrito con il materiale presente nel disco fa sì che le orbite si restringano e aumenti la velocità orbitale.
Il secondo meccanismo si presenta in sistemi che ospitano una terza stella di massa più piccola. La gravità della terza stella forza le compagne massicce a percorrere orbite ellittiche. Ma nel corso del tempo le due stelle si avvicinano lungo orbite più piccole e circolari. In alcuni casi la stella più piccola viene espulsa dal sistema. Il movimento casuale delle stelle in un ammasso ha come risultato un range ristretto di velocità, per cui la dispersione di velocità è di appena pochi chilometri al secondo. Tuttavia, se nell’ammasso si è formato un numero sufficiente di massicce binarie, le loro rapide velocità orbitali fanno assumere valori più elevati alla dispersione di velocità.
A seconda della loro massa, le stelle presentano una combinazione caratteristica di luminosità e temperatura, che cambia con l’età. Di conseguenza, misurando le proprietà delle stelle gli astronomi possono determinare l’età dell’ammasso. Gli scienziati hanno scoperto una correlazione tra la dispersione di velocità delle stelle massicce negli ammassi e la loro età, a indicare che la dispersione aumenta rapidamente entro pochi milioni di anni. La conclusione degli astronomi è che le velocità orbitali delle stelle binarie aumentano. Questo suggerisce che le orbite si restringano in maniera corrispondente, portando le stelle della coppia ad avvicinarsi rapidamente una all’altra.
Nell’immagine rappresentazione artistica di due stelle massicce binarie in orbita ravvicinata
Credit: NASA/C. Reed
https://www.mpg.de/16249537/the-dance-of-massive-stellar-couples
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