Oltre alle stelle soliste come il sole, l'universo contiene sistemi binari composti da due stelle massicce che interagiscono tra loro. In molti binari, le due stelle sono abbastanza vicine da scambiarsi materia e possono anche fondersi, producendo una singola stella di grande massa che ruota a grande velocità.
Fino ad ora, il numero di binari conosciuti di grande massa è stato molto piccolo, fondamentalmente confinato a quelli identificati nella nostra galassia, la via Lattea.
Un gruppo internazionale di astronomi guidato da ricercatori dell'Istituto di Astronomia dell'Università di San Paolo, Scienze geofisiche e atmosferiche (IAG-USP) in Brasile, ha appena ampliato l'elenco identificando e caratterizzando 82 nuovi binari di grande massa situati nella Nebulosa Tarantola, noto anche come 30 Doradus, nella Grande Nube di Magellano. La LMC è una galassia satellite della Via Lattea ed è di circa 160, 000 anni luce dalla Terra.
I risultati dello studio sono descritti in un articolo pubblicato sulla rivista Astronomia e astrofisica .
"Identificando e caratterizzando questi 82 binari di grande massa, abbiamo più che raddoppiato il numero di questi oggetti, e in una regione completamente nuova con condizioni molto diverse da quelle che si trovano nella Via Lattea, " disse Leonardo Andrade de Almeida, un borsista post-dottorato presso IAG-USP e primo autore dello studio.
Nella ricerca curata da Augusto Damineli Neto, professore ordinario allo IAG e coautore dell'articolo, Almeida ha analizzato i dati ottenuti durante le campagne di osservazione VLT-FLAMES Tarantula Survey e Tarantula Massive Binary Monitoring eseguite dall'Osservatorio europeo meridionale (ESO) dal 2011.
Usando FIAMME/GIRAFFA, uno spettrografo accoppiato al Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, che ha quattro specchi primari da 8 metri e opera nel deserto di Atacama in Cile, le campagne di osservazione hanno raccolto dati spettrali per oltre 800 oggetti di grande massa nella regione della Nebulosa Tarantola, così chiamato perché i suoi filamenti luminosi assomigliano a zampe di ragno.
Da questo totale di 800 oggetti osservati, gli astronomi che hanno lavorato ai due sondaggi hanno identificato 100 binarie candidate di tipo spettrale O (molto calde e massicce) in un campione di 360 stelle in base a parametri come l'ampiezza delle variazioni della loro velocità radiale (la velocità del moto lontano da o verso un osservatore).
Negli ultimi due anni, Almeida ha collaborato con colleghi di altri paesi all'analisi di questi 100 binari binari ad alta massa candidati utilizzando lo spettrografo FLAMES/GIRAFFE ed è riuscito a caratterizzarne 82 completamente.
"Questo rappresenta la più grande indagine e caratterizzazione spettroscopica di sistemi binari massicci mai eseguita, " ha detto. "È stato possibile solo grazie alle capacità tecnologiche dello spettrografo FLAMES/GIRAFFE".
Lo strumento scientifico sviluppato dall'ESO può ottenere spettri per un numero di oggetti contemporaneamente, e si possono osservare oggetti più deboli perché lo spettrografo è accoppiato al VLT, che ha grandi specchi e cattura più luce, Ha spiegato Almeida.
"Possiamo raccogliere 136 spettri in una singola osservazione usando FLAMES/GIRAFFE, " ha detto. "Niente di simile si poteva fare prima. I nostri strumenti potevano solo osservare i singoli oggetti e ci è voluto molto più tempo per caratterizzarli."
L'analisi spettroscopica delle 82 binarie ha mostrato che proprietà come il rapporto di massa, il periodo orbitale (il tempo impiegato per completare un'orbita) e l'eccentricità orbitale (la quantità di cui l'orbita devia da un cerchio perfetto) erano molto simili a quelli osservati nella Via Lattea.
Questo era inaspettato poiché l'LMC incarna una fase dell'universo prima della Via Lattea, quando si è formato il maggior numero di stelle di grande massa. Per questa ragione, la sua metallicità - la proporzione della sua materia costituita da elementi chimici diversi dall'idrogeno primordiale e dall'elio - è solo la metà di quella delle binarie trovate nella Via Lattea, la cui metallicità è molto vicina a quella del sole.
"All'inizio dell'universo, le stelle erano povere di metalli ma l'evoluzione chimica ha aumentato la loro metallicità, " disse Almeida.
Questa analisi dei binari nella LMC, Ha aggiunto, fornisce i primi vincoli diretti sulle proprietà delle binarie massicce nelle galassie le cui stelle si sono formate nell'universo primordiale e hanno la metallicità di LMC.
"Le scoperte fatte durante lo studio potrebbero fornire misurazioni migliori da utilizzare in simulazioni più realistiche di come le stelle di grande massa si siano evolute nelle diverse fasi dell'universo. Se è così, saremo in grado di ottenere stime più precise della velocità con cui i buchi neri, stelle di neutroni e supernove si sono formate in ogni fase, Per esempio, " Egli ha detto.
Le stelle di grande massa sono i motori più importanti dell'evoluzione chimica dell'universo. Perché sono più massicci, producono più metalli pesanti, evolvere più rapidamente, e porre fine alla loro vita come supernova, espellendo tutta la loro materia nel mezzo interstellare. Questa materia viene riciclata per formare una nuova popolazione di stelle.
Però, Almeida continuò, le stime dell'evoluzione chimica dell'universo e le previsioni astrofisiche del numero di buchi neri di solito tengono conto delle sole stelle come il nostro sole, che si evolvono più semplicemente.
Secondo lui, quando includi i binari nel calcolo di queste proiezioni, il risultato cambia drasticamente. Quindi, quando si fanno previsioni astrofisiche, è importante considerare questi oggetti massicci.
