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    Una pulsar e una nana bianca danzano insieme in un'orbita sorprendente

    Rappresentazione artistica dell'esotico oggetto doppio che consiste in una minuscola stella di neutroni orbita ogni due ore e mezza da una nana bianca. Credito:ESO/L. Calçada

    La ricerca nell'universo di strani nuovi sistemi stellari può portare a scoperte piuttosto interessanti. E qualche volta, può far emergere fenomeni che contraddicono tutto ciò che pensiamo di sapere sulla formazione e l'evoluzione delle stelle. Tali reperti non sono solo affascinanti ed emozionanti, ci danno la possibilità di espandere e perfezionare i nostri modelli di come è nato l'universo.

    Ad esempio, un recente studio condotto da un team internazionale di scienziati ha mostrato come la recente scoperta del sistema binario – una pulsar millisecondo e una nana bianca di piccola massa (LMWD) – ha sfidato le idee convenzionali sull'evoluzione stellare. Mentre in passato si riteneva che tali sistemi avessero orbite circolari, la nana bianca in questo particolare binario orbita attorno alla pulsar con estrema eccentricità!

    Per abbatterlo, la saggezza convenzionale afferma che le LMWD sono il prodotto dell'evoluzione binaria. La ragione di ciò è perché in circostanze normali, una stella del genere – con massa ridotta ma densità incredibile – si formerebbe solo dopo aver esaurito tutto il suo combustibile nucleare e aver perso i suoi strati esterni come nebulosa planetaria. Data la massa di questa stella, questo richiederebbe circa 100 miliardi di anni per accadere da solo, vale a dire più a lungo dell'età dell'universo.

    Come tale, generalmente si ritiene che siano il risultato dell'accoppiamento con altre stelle, in particolare, pulsar radio al millisecondo (MSP). Si tratta di una popolazione distinta di stelle di neutroni che hanno periodi di spin veloci e campi magnetici di diversi ordini di grandezza più deboli di quelli delle pulsar "normali". Si pensa che queste proprietà siano il risultato del trasferimento di massa con una stella compagna.

    Rappresentazione artistica di una pulsar a raggi X al millisecondo in accrescimento. Il materiale che scorre dalla stella compagna forma un disco attorno alla stella di neutroni che viene troncato all'estremità della magnetosfera pulsar. Credito:NASA/Goddard/Dana Berry

    Fondamentalmente, Gli MSP orbitati da una stella li spoglieranno lentamente della loro massa, succhiando via i loro strati esterni e trasformandoli in una nana bianca. L'aggiunta di questa massa alla pulsar la fa ruotare più velocemente e seppellisce il suo campo magnetico, e riduce anche la stella compagna a una nana bianca. In questo scenario, l'eccentricità dell'orbita della LMWD attorno alla pulsar dovrebbe essere trascurabile.

    Però, quando si guarda al sistema stellare binario PSR J2234+0511, il team internazionale ha notato qualcosa di completamente diverso. Qui, hanno trovato una nana bianca di piccola massa accoppiata con una pulsar millisecondo intorno alla quale la nana bianca orbitava con un periodo di 32 giorni e un'estrema eccentricità (0,13). Poiché questo sfida gli attuali modelli di nane bianche, la squadra ha iniziato a cercare spiegazioni.

    Come il dottor John Antoniadis, ricercatore del Dunlap Institute dell'Università di Toronto e autore principale dello studio, ha detto a Universe Today via e-mail:

    "Le binarie pulsar-LMWD al millisecondo sono molto comuni. Secondo lo scenario di formazione stabilito, questi sistemi si evolvono da binarie a raggi X di piccola massa in cui una stella di neutroni accumula materia da una stella gigante. Infine, questa stella si evolve in una nana bianca e la stella di neutroni diventa una pulsar millisecondo. A causa delle forti forze di marea durante l'episodio di trasferimento di massa, le orbite di questi sistemi sono estremamente circolari, con eccentricità di ~0.000001 o giù di lì."

    L'impressione di un artista di una pulsar al millisecondo e della sua compagna. La pulsar (blu) sta accumulando materiale dalla sua stella compagna rossa gonfia e sta aumentando la sua velocità di rotazione. Crediti:ESA/Francesco Ferraro (Osservatorio Astronomico di Bologna)

    Per il loro studio, che è apparso di recente in Giornale Astrofisico – intitolato “An Eccentric Binary Millisecond Pulsar with a Helium White Dwarf Companion in the Galactic Field” – il team ha fatto affidamento sulla fotometria ottica appena ottenuta del sistema fornita dallo Sloan Digital Sky Survey (SDSS), e spettroscopia dal Very Large Telescope dell'Osservatorio di Palomar in Cile.

    Inoltre, hanno consultato studi recenti che hanno esaminato altri sistemi stellari binari che mostrano questo stesso tipo di relazione eccentrica. "Ora sappiamo [di] 5 sistemi che si discostano da questa immagine in quanto hanno eccentricità di ~ 0,1, ovvero diversi ordini di grandezza più grandi di quanto previsto nello scenario standard, " disse Antoniadis. " È interessante notare che sembrano tutti avere eccentricità e periodi orbitali simili."

    Da questa, sono stati in grado di dedurre la temperatura (8600 ± 190 K) e la velocità ( km/s) della compagna nana bianca nel sistema stellare binario. In combinazione con i vincoli posti sulle masse dei due corpi - 0,28 masse solari per la nana bianca e 1,4 per la pulsar - così come i loro raggi e gravità superficiale, hanno quindi testato tre possibili spiegazioni su come è nato questo sistema.

    Questi includevano la possibilità che le stelle di neutroni (come la pulsar millisecondo osservata qui) si formino attraverso un collasso indotto dall'accrescimento di una massiccia nana bianca. Allo stesso modo, hanno considerato se le stelle di neutroni subiscano una trasformazione mentre accumulano materiale, che li fa diventare stelle di quark. Durante questo processo, il rilascio di energia gravitazionale sarebbe responsabile dell'induzione dell'eccentricità osservata.

    Illustrazione artistica di una stella di neutroni rotante, i resti di un'esplosione di supernova. Credito:NASA, Caltech-JPL

    Secondo, hanno considerato la possibilità – coerente con gli attuali modelli di evoluzione stellare – che gli LMWD all'interno di un certo intervallo di massa abbiano forti venti stellari quando sono molto giovani (a causa della fusione instabile dell'idrogeno). Il team ha quindi esaminato se questi forti venti stellari avrebbero potuto essere o meno ciò che ha interrotto l'orbita della pulsar all'inizio della storia del sistema.

    Scorso, hanno considerato la possibilità che parte del materiale rilasciato dalla nana bianca in passato (a causa di questo stesso vento stellare) potesse aver formato un disco circumbinario di breve durata. Questo disco agirebbe quindi come un terzo corpo, disturbando il sistema e aumentando l'eccentricità dell'orbita della nana bianca. Alla fine, ritenevano improbabili i primi due scenari, poiché la massa dedotta per il progenitore della pulsar non era coerente con nessuno dei due modelli.

    Però, il terzo scenario, in cui l'interazione con un disco circumbinario era responsabile dell'eccentricità, era coerente con i loro parametri dedotti. Cosa c'è di più, il terzo scenario prevede come (entro un certo intervallo di massa) non dovrebbero esserci binarie circolari con periodi orbitali simili, il che è coerente con tutti gli esempi noti di tali sistemi. Come ha spiegato il dottor Antoniadis:

    "Queste osservazioni mostrano che la stella compagna in questo sistema è davvero una nana bianca di piccola massa. Inoltre, la massa della pulsar sembra essere troppo bassa per #2 e un po' troppo alta per #1. Studiamo anche l'orbita del binario nella Via Lattea, e sembra molto simile a quello che troviamo per i binari a raggi X a bassa massa. Questi elementi di prova insieme favoriscono l'ipotesi del disco".

    Sezione trasversale di una stella di neutroni. Credito:Wikipedia Commons/Robert Schulz

    Certo, Il dottor Antoniadis ei suoi colleghi ammettono che sono necessarie maggiori informazioni prima che la loro ipotesi possa essere considerata corretta. Però, qualora i loro risultati fossero confermati da ricerche future, quindi anticipano che sarà uno strumento prezioso per futuri astronomi e astrofisici che desiderano studiare l'interazione tra sistemi stellari binari e dischi circumbinari.

    Inoltre, la scoperta di questo sistema binario ad alta eccentricità renderà più facile nei prossimi anni misurare con estrema precisione le masse delle nane bianche di piccola massa. Questo a sua volta dovrebbe aiutare gli astronomi a comprendere meglio le proprietà di queste stelle e cosa porta alla loro formazione.

    Come la storia ci ha insegnato, comprendere l'universo richiede un serio impegno nel processo di continua scoperta. E più scopriamo, lo straniero sembra diventare, costringendoci a riconsiderare ciò che pensiamo di sapere al riguardo.


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