L'immaginata spirale mortale del notevole sistema J0806, come raffigurato nella resa di questo artista, è una conseguenza della teoria della Relatività Generale di Einstein che prevede che le stelle nane bianche perderanno la loro energia orbitale generando onde gravitazionali. NASA/Tod Strohmayer (GSFC)/Dana Berry (Osservatorio a raggi X Chandra) L'umanità sta vivendo una rivoluzione nell'astronomia. Fino a poco tempo fa, abbiamo fatto affidamento sullo spettro elettromagnetico (cioè la luce) per fare scoperte dal cortile del nostro sistema solare fino ai confini più lontani del cosmo usando i telescopi. Ora, con la prima rilevazione storica di onde gravitazionali il 14 settembre, 2015, un intero nuovo universo ci aspetta, uno in cui possiamo analizzare le increspature dello spaziotempo che ci investono dalle collisioni dei buchi neri e, possibilmente, mondi alieni mentre orbitano attorno alle loro stelle lontane.
In uno studio pubblicato l'8 luglio 2019, in astronomia della natura, un gruppo di ricercatori ha esplorato quest'ultima possibilità di rivelare pianeti extrasolari, o pianeti extrasolari, che altrimenti rimarrebbe invisibile alle tradizionali tecniche astronomiche.
"Proponiamo un metodo che utilizza le onde gravitazionali per trovare esopianeti che orbitano attorno a nane bianche binarie, "Nicola Tamanini, del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) di Potsdam, Germania, detto in un comunicato.
Finora, le onde gravitazionali generate da collisioni massicce nel cosmo profondo sono state rilevate da due osservatori, il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) con sede negli Stati Uniti che utilizza due rivelatori a Washington e in Louisiana, e l'interferometro Virgo vicino a Pisa, Italia. Entrambi i progetti utilizzano edifici a forma di L che ospitano interferometri laser avanzati in grado di rilevare le minime fluttuazioni della distanza mentre le onde gravitazionali lavano attraverso il nostro pianeta. LIGO è stato il primo a rilevare le onde gravitazionali teorizzate da Einstein più di un secolo fa e ora sia LIGO che Virgo lavorano di concerto per effettuare rilevamenti regolari di collisioni di buchi neri e stelle di neutroni.
Nel 2017, un'altra pietra miliare storica è stata raggiunta quando sia le onde gravitazionali che la radiazione di raggi gamma sono state rilevate nello stesso momento in cui due stelle di neutroni si sono scontrate in una galassia distante 130 anni luce. Questo evento ha lanciato una nuova era di "astronomia multimessaggero" che ha permesso agli astronomi di individuare la posizione dell'evento, comprendere i meccanismi fisici alla base dei brevi lampi di raggi gamma, confermare che le stelle di neutroni in collisione sono il colpevole, e fornire uno sguardo intimo ai processi nucleari che producono elementi pesanti (come oro e platino) nel cosmo.
Con questi incredibili progressi facilitati dalla nostra nuova capacità di rilevare le onde gravitazionali, cosa riserva il futuro? Bene, perché non lanciare nello spazio un osservatorio di onde gravitazionali! Come discusso nello studio Nature Astronomy, la prevista Laser Interferometer Space Antenna (LISA) farà proprio questo e la sua estrema sensibilità ci darà uno sguardo completamente nuovo sui bersagli cosmici che attualmente si nascondono nell'oscurità. Uno di questi obiettivi saranno i sistemi binari di stelle nane bianche che potrebbero essere accompagnati da esopianeti orbitanti (con masse di 50 masse terrestri e superiori) che non possono essere visti utilizzando le attuali tecniche di rilevamento degli esopianeti. Teoricamente, LISA sarà sensibile alle onde gravitazionali provenienti dalle binarie nane bianche in tutta la nostra galassia.
"LISA misurerà le onde gravitazionali da migliaia di binarie nane bianche, " disse Tamanini. "Quando un pianeta è in orbita attorno a una simile coppia di nane bianche, il modello di onda gravitazionale osservato apparirà diverso rispetto a quello di un binario senza un pianeta. Questo cambiamento caratteristico nelle forme d'onda gravitazionali ci consentirà di scoprire esopianeti".
Le nane bianche sono i cadaveri stellari di stelle simili al sole che hanno esaurito il carburante e sono morte molto tempo fa. Il nostro sole finirà il carburante tra 5 miliardi di anni o giù di lì, che lo farà gonfiare fino a diventare una gigante rossa gonfia. Dopo la fase di gigante rossa, la stella verserà i suoi strati di plasma caldo, creando una cosiddetta nebulosa planetaria, lasciando dietro di sé un minuscolo oggetto rotante delle dimensioni circa della Terra. Questo oggetto denso sarà poi schiacciato sotto la sua stessa immensa gravità, creando una massa di materia degenerata.
Le nane bianche sono ben studiate e rappresentano il finale, fase morta della vita del nostro sole, ma potrebbero anche essere oggetti inestimabili nella nostra ricerca per trovare nuovi mondi ben oltre il sistema solare.
Se, Per esempio, due nane bianche orbitano l'una intorno all'altra come un sistema binario, le perturbazioni gravitazionali che creano agiranno come un giocattolo per bambini che gira in una piscina - le increspature nello spaziotempo si propagheranno in tutte le direzioni, portando via energia dalle stelle orbitanti alla velocità della luce. Gli attuali rilevatori di onde gravitazionali possono misurare solo gli scontri cosmici più potenti, ma con LISA, questi eventi più sottili che producono un segnale di onde gravitazionali più debole saranno a portata di mano.
Attualmente, gli astronomi utilizzano due metodi principali per rilevare esopianeti in orbita attorno ad altre stelle:il "metodo della velocità radiale, " che utilizza spettrometri molto sensibili collegati a telescopi in grado di rilevare lo spostamento Doppler causato da un esopianeta in orbita, e il "metodo del transito, " che il telescopio spaziale Kepler della NASA (e altri) usano per rilevare il leggerissimo calo della luminosità della stella mentre un mondo orbita di fronte.
Sebbene più di 4, 000 esopianeti sono stati scoperti principalmente utilizzando questi due metodi, alcuni esopianeti rimangono nascosti e, nel caso delle nane bianche binarie, sappiamo poco se loro Potere esopianeti ospiti. Ma, se LISA può misurare le increspature spazio-temporali emanate da questi sistemi, potrebbe anche rilevare il leggero strattone degli esopianeti mentre orbitano, in modo simile al metodo della velocità radiale che misura lo spostamento Doppler delle onde elettromagnetiche, usando invece solo onde gravitazionali.
LISA è un progetto guidato dall'Agenzia spaziale europea ed è attualmente previsto per il lancio nel 2034. Composto da tre veicoli spaziali che volano in formazione, trasmetteranno laser ultraprecisi l'uno all'altro per creare un vasto interferometro laser triangolare equilatero con ogni veicolo spaziale separato da 1,5 milioni di miglia (2,5 milioni di chilometri). LISA sarà quindi un interferometro un milione di volte più grande di qualsiasi cosa abbiamo attualmente, o mai avrà, sulla terra.
"LISA prenderà di mira una popolazione di esopianeti ancora completamente non sondata, " ha aggiunto Tamanini. "Dal punto di vista teorico, nulla impedisce la presenza di esopianeti attorno a nane bianche binarie compatte".
Se si scopre che questi sistemi binari di nane bianche ospitano anche pianeti extrasolari, ci aiuteranno a capire meglio come si evolvono i sistemi stellari come il nostro e se i pianeti possono sopravvivere dopo che i loro sistemi stellari binari hanno esaurito il carburante e sono morti. I ricercatori sottolineano anche che potrebbero anche rivelare se esistono esopianeti di seconda generazione (cioè pianeti che si formano dopo la fase di gigante rossa).
Al di là delle rilevazioni di onde gravitazionali degli esopianeti, le possibilità sono infinite. Se c'è una cosa che l'attuale "new age" dell'astronomia delle onde gravitazionali ci ha insegnato, futuri osservatori spaziali come LISA potrebbero rivelare fenomeni che si verificano nell'oscurità a cui non avremmo mai pensato di assistere.
Ora è interessanteCirca 1, 600 anni luce di distanza dalla Terra, in un sistema stellare binario noto come J0806, due dense nane bianche orbitano l'una intorno all'altra una volta ogni 321 secondi. Sulla base dei dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra, gli astronomi credono che il già brevissimo periodo orbitale delle stelle stia diventando sempre più breve, che alla fine farà fondere le due stelle.
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