La curva di luce K2 (curva frastagliata nera) si è piegata per un periodo di 71,23 minuti. La curva rossa rappresenta un semplice modello geometrico con un'eclissi totale lunga 5 minuti e un contributo del 9% per emulare un effetto di illuminazione sulla stella compagna. La curva blu è l'adattamento al modello in base alla lunghezza delle osservazioni K2. Credito:Bishop's University
Un team internazionale di astronomi utilizzando i dati del telescopio spaziale Kepler ringiovanito ha scoperto una gemma rara:un sistema binario costituito da una stella guasta, detta anche nana bruna, e il resto di una stella morta conosciuta come nana bianca. E una delle proprietà che rende questo binario così notevole è che il periodo orbitale dei due oggetti è di soli 71,2 minuti. Ciò significa che le velocità delle stelle mentre orbitano l'una intorno all'altra sono di circa 100 km/sec (una velocità che ti permetterebbe di attraversare l'Atlantico in meno di un minuto). Utilizzando cinque diversi telescopi terrestri in tre continenti, il team è stato in grado di dedurre che questo sistema binario è costituito da una stella fallita con una massa di circa il 6,7% di quella del Sole (equivalente a 67 masse di Giove) e una nana bianca che ha una massa di circa il 40% della massa del sole. Hanno anche determinato che la nana bianca inizierà a cannibalizzare la nana bruna in meno di 250 milioni di anni, rendendo questa binaria la variabile pre-cataclismica di più breve periodo mai scoperta.
La calda nana bianca era stata originariamente identificata da SDSS come WD1202-024 e si pensava fosse una stella isolata. Il fatto che sia in realtà un membro di un binario molto vicino di 71 minuti è stato annunciato dal Dr. Lorne Nelson della Bishop's University alla riunione semestrale dell'American Astronomical Society ad Austin, TX il 6 giugno (vedi il link a destra per una versione concatenata del webcast della conferenza stampa). Il Dr. Saul Rappaport (M.I.T.) e Andrew Vanderburg (Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) stavano analizzando le curve di luce di oltre 28, 000 bersagli K2 quando un'osservazione ha catturato la loro attenzione. A differenza dei transiti degli esopianeti che passano davanti alle stelle che li ospitano e provocano una piccola attenuazione della luminosità della stella, questa curva di luce ha mostrato eclissi ragionevolmente profonde e larghe con un contributo sinusoidale alla luminosità tra le eclissi che si pensa sia dovuto a un'illuminazione della componente fredda da parte della nana bianca molto più calda.
Il team ha rapidamente ideato un modello per il binario che mostrava che era coerente con una nana bianca calda composta da elio che veniva eclissata da una compagna nana bruna molto più fredda e di massa inferiore che si vede quasi di taglio.
Il destino finale di WD1202 come variabile catastrofica. La nana bruna trabocca dal lobo di Roche a forma di lacrima e perde massa a favore dell'accretore compatto della nana bianca Un disco di accrescimento di gas idrogeno caldo circonda la nana bianca. Credito:Bishop's University
Ma alcune grandi domande sono rimaste. Come ha detto Lorne Nelson, "Avevamo costruito un modello robusto, ma dovevamo ancora affrontare i problemi del "quadro generale", come come si sarebbe formato questo sistema e quale sarebbe stato il suo destino finale". Per rispondere a questa domanda, il team ha utilizzato modelli informatici sofisticati per simulare la formazione e l'evoluzione di WD1202. Secondo il loro scenario, il binario primordiale consisteva in una normale stella di massa solare 1,25 e una nana bruna che erano in un'orbita di 150 giorni l'una con l'altra. La stella si espanse mentre invecchiava diventando una gigante rossa che poi inghiottì la sua compagna nana bruna. Come spiega Nelson, "È simile a un effetto frullino per le uova. La nana bruna si muove a spirale verso il centro della gigante rossa e fa sì che la maggior parte della massa della gigante rossa venga sollevata dal nucleo ed espulsa. Il risultato è un marrone nano in uno straordinariamente stretto, orbita di breve periodo con il nucleo di elio caldo del gigante. Quel nucleo si raffredda e diventa la nana bianca che osserviamo oggi." Secondo i loro calcoli, il binario primordiale si è formato circa 3 miliardi di anni fa e la fase dell'involucro comune si è verificata relativamente di recente, circa 50 milioni di anni fa.
Quindi cosa accadrà in futuro? Il team ritiene che l'emissione di onde gravitazionali esaurirà l'energia orbitale del binario in modo che in circa 250 milioni di anni (o meno), la separazione tra la nana bianca e la nana bruna sarà così piccola che la nana bruna inizierà ad essere cannibalizzata dalla sua vicina nana bianca. Quando questo accade, il binario mostrerà tutte le caratteristiche di una variabile cataclismica (CV) come una curva di luce tremolante dovuta all'accrescimento da un disco che circonda la nana bianca. Per questa ragione, il team ritiene che il sistema WD1202 possa essere giustamente definito il pre-CV di periodo più breve scoperto fino ad oggi.
Questa ricerca è stata presentata al Avvisi mensili della Royal Astronomical Society come un documento intitolato "WD 1202-024:The Shortest-Period Pre-Cataclysmic Variable".
WD1202-024 è stato scoperto indipendentemente da un gruppo che include Steven Parsons (U. Sheffield). Di comune accordo, entrambi i documenti di scoperta sono stati presentati contemporaneamente al Avvisi mensili della Royal Astronomical Society (preprint:arxiv.org/abs/1705.05856) nel maggio 2017. Le loro conclusioni sulle proprietà di WD1202 sono simili a quelle presentate in questo articolo.
