In biologia, "simbiosi" si riferisce a due organismi che vivono vicini e interagiscono tra loro. Gli astronomi hanno studiato a lungo una classe di stelle, chiamate stelle simbiotiche, che coesistono in modo simile. Utilizzando i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e di altri telescopi, gli astronomi stanno acquisendo una migliore comprensione di quanto possa essere volatile questa stretta relazione stellare.

R Acquarii (R Aqr, in breve) è una delle stelle simbiotiche più conosciute. Situato ad una distanza di circa 710 anni luce dalla Terra, i suoi cambiamenti di luminosità furono notati per la prima volta ad occhio nudo quasi mille anni fa. Da allora, gli astronomi hanno studiato questo oggetto e determinato che R Aqr non è una stella, ma due:un piccolo, nana bianca densa e un rosso freddo, stella gigante.

La stella gigante rossa ha le sue proprietà interessanti. In miliardi di anni, il nostro Sole si trasformerà in una gigante rossa una volta che avrà esaurito il combustibile nucleare di idrogeno nel suo nucleo e inizierà ad espandersi e raffreddarsi. La maggior parte delle giganti rosse sono placide e calme, ma alcuni pulsano con periodi tra 80 e 1, 000 giorni come la stella Mira e subiscono grandi variazioni di luminosità. Questo sottoinsieme di giganti rosse è chiamato "variabili Mira".

La gigante rossa in R Aqr è una variabile Mira e subisce cambiamenti costanti di luminosità di un fattore 250 mentre pulsa, a differenza della sua compagna nana bianca che non pulsa. Ci sono altre notevoli differenze tra le due stelle. La nana bianca è circa diecimila volte più luminosa della gigante rossa. La nana bianca ha una temperatura superficiale di circa 20, 000 K mentre la variabile Mira ha una temperatura di circa 3, 000 K. Inoltre, la nana bianca è leggermente meno massiccia della sua compagna ma poiché è molto più compatta, il suo campo gravitazionale è più forte. La forza gravitazionale della nana bianca allontana gli strati esterni della variabile Mira verso la nana bianca e sulla sua superficie.

Occasionalmente, abbastanza materiale si accumulerà sulla superficie della nana bianca per innescare la fusione termonucleare dell'idrogeno. Il rilascio di energia da questo processo può produrre una nova, un'esplosione asimmetrica che spazza via gli strati esterni della stella a velocità di dieci milioni di miglia orarie o più, pompare energia e materia nello spazio. Un anello esterno di materiale fornisce indizi su questa storia di eruzioni. Gli scienziati pensano che un'esplosione di nova nell'anno 1073 abbia prodotto questo anello. La prova di questa esplosione viene dai dati del telescopio ottico, dalle registrazioni coreane di una stella "ospite" nella posizione di R Aqr nel 1073 e informazioni dalle carote di ghiaccio antartiche. Un anello interno è stato generato da un'eruzione all'inizio del 1770. I dati ottici (rosso) in una nuova immagine composita di R Aqr mostrano l'anello interno. L'anello esterno è largo circa il doppio di quello interno, ma è troppo debole per essere visibile in questa immagine.

Dal momento che poco dopo il lancio di Chandra nel 1999, gli astronomi hanno iniziato a utilizzare il telescopio a raggi X per monitorare il comportamento di R Aqr, dando loro una migliore comprensione del comportamento di R Aqr negli anni più recenti. I dati di Chandra (blu) in questo composito rivelano un getto di emissione di raggi X che si estende in alto a sinistra. I raggi X sono stati probabilmente generati da onde d'urto, simili ai boom sonici intorno agli aerei supersonici, causato dal getto che colpisce il materiale circostante.

Poiché gli astronomi hanno fatto osservazioni di R Aqr con Chandra nel corso degli anni, nel 2000, 2003, e 2005, hanno visto cambiamenti in questo jet. Nello specifico, macchie di emissione di raggi X si stanno allontanando dalla coppia stellare a una velocità di circa 1,4 milioni e 1,9 milioni di miglia orarie. Nonostante viaggi a una velocità inferiore rispetto al materiale espulso dalla nova, i getti incontrano poco materiale e non rallentano molto. D'altra parte, la materia della nova assorbe molto più materiale e rallenta in modo significativo, spiegando perché gli anelli non sono molto più grandi dei getti.

Usando le distanze dei blob dal binario, e supponendo che le velocità siano rimaste costanti, un team di scienziati dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) di Cambridge, Messa, ha stimato che le eruzioni negli anni '50 e '80 hanno prodotto i blob. Queste eruzioni erano meno energiche e non luminose come l'esplosione della nova nel 1073.

In 2007 a team led by Joy Nichols from CfA reported the possible detection of a new jet in R Aqr using the Chandra data. This implies that another eruption occurred in the early 2000s. If these less powerful and poorly understood events repeat about every few decades, the next one is due within the next 10 years.

Some binary star systems containing white dwarfs have been observed to produce nova explosions at regular intervals. If R Aqr is one of these recurrent novas, and the spacing between the 1073 and 1773 events repeats itself, the next nova explosion should not occur again until the 2470s. During such an event the system may become several hundred times brighter, making it easily visible to the naked eye, and placing it among the several dozen brightest stars.

Close monitoring of this stellar couple will be important for trying to understand the nature of their volatile relationship.

Rodolfo ("Rudy") Montez of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge, Mass, presented these results at the 230th meeting of the American Astronomical Society in Austin, TX. His co-authors are Margarita Karovska, Joy Nichols, and Vinay Kashyap, all from CfA.