Individuato un nuovo sistema di stelle binarie ad eclissi

In astronomia i sistemi di stelle binarie sono sistemi di due corpi, ad esempio due stelle o un pianeta ed una stella, legati dalla loro attrazione gravitazionale, che orbitano intorno al loro centro di massa. Questi sistemi sono stati fondamentali per fare una classificazione delle stelle che osserviamo nella sfera celeste e per calcolare proprietà come massa della stella, dimensioni e luminosità (energia irradiata nell’unità di tempo).

Se per le stelle isolate, infatti, non c’è modo di determinare a priori la massa o luminosità, per i sistemi di due stelle legate il moto relativo che si osserva da terra rappresenta un problema a due corpi che si sa trattare in maniera esatta. Le due stelle che ruotano intorno al loro centro di massa descrivono orbite che seguono le leggi di Keplero e dalle equazioni del moto possiamo calcolare le masse delle stelle da grandezze osservate da terra come il periodo dell’orbita, gli spostamenti angolari che descrivono nel loro moto relativo e gli spettri di emissione.

Diversi tipi di stelle binarie:

Si stima che circa un terzo delle stelle formino con una compagna un sistema binario. Queste possono essere differenziate in diversi tipi a seconda di quali siano le grandezze che si riescono a misurare e che permettono di individuarle. I sistemi binario si classificano in:

• Binarie visuali
• Binarie spettroscopiche
• Binarie fotometriche o ad eclissi
• Binarie astrometriche

Binarie visuali

Sono stelle binarie sufficientemente distanti da poter essere risolte come due punti luminosi separati. Non tutte le stelle che sembrano vicine quando osservate formano però un sistema binario ed è necessario distinguerle dai sistemi in cui la prossimità tra le due stelle è solo un effetto di prospettiva. Una volta riconosciuto un sistema di stelle binarie visibili è possibile misurare gli spostamenti angolari, le geometrie e il periodo delle due orbite e calcolare da queste le masse.

Binarie spettroscopiche

Sono stelle binarie di cui si riescono a misurare gli spettri di emissione della radiazione elettromagnetica. Le stelle emettono luce in uno spettro continuo di frequenze e quello che vediamo ad occhio nudo e solo la parte nel visibile della loro emissione.

Lo spettro è in realtà continuo a meno di alcune righe o bande scure a determinate frequenze. Queste sono righe di assorbimento dovute al fatto che gli elementi che compongono l’atmosfera stellare possono assorbire parte della radiazione, che osserveremmo altrimenti come continua dalla terra.

Le binarie spettroscopiche sono particolarmente significative perché dall’effetto doppler che interessa gli spettri di emissione è possibile capire la velocità con cui le stelle si muovono rispetto a noi. L’effetto doppler è quel fenomeno fisico per cui la frequenza di un’onda viene percepita da un osservatore come maggiore o minore di quella propria della sorgente quando questa si muove rispetto all’osservatore.

Se le stelle si avvicinano o allontanano da noi, le righe di assorbimenti degli spettri si spostano rispetto a delle posizioni fisse che si ottengono in un esperimento sulla terra e dallo spostamento è possibile risalire alla velocità relativa tra la stella e la terra.

Stelle binarie fotometriche o ad eclissi

Sono stelle binarie che vengono individuate grazie a variazioni di flusso o luminosità che si verificano quando nel loro moto intorno al centro di massa le due stelle passano una davanti all’altra rispetto alla direzione di osservazione.

Di queste stelle è possibile ricostruire delle curve che mostrano le variazioni periodiche di luminosità nel tempo. Da queste si può risalire al periodo orbitale delle due stelle (in molti casi dell’ordine dei giorni) e di ricavare informazioni interessanti anche per quanto riguarda dimensioni e temperature superficiali.

Binarie astrometriche

Un’ultima classe di stelle binarie è quella delle binarie astrometriche. Queste sono stelle che non si riescono a risolvere come due stelle differenti. Per esempio perché una delle due può essere molto più luminosa della sua compagna, e che quindi appaiono come un unico punto luminoso.

Tuttavia, analizzando le traiettorie, e in particolare guardando alle deviazioni dalla traiettoria prevista per una stella singola, è possibile capire che ciò che appare come un’unica stella può essere in realtà un sistema di due stelle dove le fluttuazioni della traiettoria sono dovute agli effetti gravitazionali della stella nascosta su quella visibile.

Il progetto ASAS-SN

Gli astronomi dell’università dell’Ohio hanno scoperto un nuovo sistema binario del tipo ad eclissi, denominato ASASSN-V J1921, grazie alle ricerche del progetto ASAS-SN (All Sky Automated Survays for SuperNovae). Questo è un progetto astronomico che dispone di cinque diverse stazioni di osservazione sparse per il mondo e che ha come obiettivo quello di individuare supernovae e altri fenomeni transienti.  Il programma, però, riesce allo stesso tempo a monitorare la luminosità di oltre cento milioni di stelle, che porta spesso all’individuazione di nuove stelle variabili.

Dalle ricerche del progetto ASAS-SN su sorgenti con importanti variazioni di flusso si è scoperta ASASSN-V J1921 come una sorgente stellare che mostrava un rapido decremento del flusso di circa il 55% (corrispondente ad una variazione di 0.9 nella scala delle magnitudini). Un indizio per la corretta interpretazione del fenomeno è arrivato dalle osservazioni del TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), un telescopio spaziale del progetto Explorer della NASA per l’individuazione di esopianeti, che ha fornito delle curve di luce molto precise per le eclissi di J1921.

La nuova scoperta delle stelle binarie

Dalle indagini fotometriche condotte grazie al TESS è stato possibile identificare la sorgente come un sistema di stelle binario ad eclissi con elevata eccentricità di orbita e ad una distanza di circa 1027 anni luce dalla terra. Secondo l’articolo, la prima delle due stelle corrisponde ad una stella nana di classe G o K, con un raggio di circa 0.9 raggi solari ed una massa inferiore a quella del sole per un 29%. Ha una luminosità di 0.48 luminosità solari e la sua temperatura superficiale si stima essere circa 5000 K. Per la prima stella si è misurato un periodo di rotazione (tempo per fare un giro intorno al suo asse) di circa 1.52 giorni.

La seconda stella ha invece un raggio di 0.64 raggi solari, la sua massa è circa la metà di quella del sole ed ha una luminosità di soli 0.12 luminosità solari. Si calcola che la sua temperatura superficiale sia circa 4.200 K mentre per il periodo di rotazione di ottiene un valore di circa 1.79 giorni. Le caratteristiche di questo nuovo sistema binario, concludono gli astronomi nell’articolo, sembrano interessanti per studi futuri che hanno lo scopo di testare modelli teorici. Il sistema J1921, per la sua prossimità e orbita peculiare, potrebbe servire per capire le differenze tra i raggi teoricamente predetti e quelli realmente osservati per stelle di tarda età.

Articolo a cura di Pierpaolo Bassetti