Il nostro sole aveva un gemello quando è nato 4,5 miliardi di anni fa?

Quasi certamente sì, anche se non un gemello identico. E così ogni altra stella simile al sole nell'universo, secondo una nuova analisi di un fisico teorico dell'UC Berkeley e di un radioastronomo dello Smithsonian Astrophysical Observatory dell'Università di Harvard.

Molte stelle hanno compagni, compreso il nostro vicino più prossimo, Alpha Centauri, un sistema di triplette. Gli astronomi hanno cercato a lungo una spiegazione. I sistemi stellari binari e tripletti sono nati così? Una stella ne ha catturata un'altra? Le stelle binarie a volte si dividono e diventano stelle singole?

Gli astronomi hanno persino cercato un compagno per il nostro sole, una stella soprannominata Nemesis perché avrebbe dovuto lanciare un asteroide nell'orbita terrestre che si è scontrato con il nostro pianeta e ha sterminato i dinosauri. Non è mai stato trovato.

La nuova affermazione si basa su un rilevamento radio di una gigantesca nube molecolare piena di stelle di recente formazione nella costellazione del Perseo, e un modello matematico che può spiegare le osservazioni di Perseo solo se tutte le stelle simili al sole nascono con un compagno.

"Stiamo dicendo, sì, probabilmente c'era una Nemesi, tanto tempo fa, " ha detto il coautore Steven Stahler, un astronomo ricercatore dell'Università di Berkeley.

"Abbiamo eseguito una serie di modelli statistici per vedere se potevamo spiegare le popolazioni relative di giovani stelle singole e binarie di tutte le separazioni nella nube molecolare di Perseus, e l'unico modello in grado di riprodurre i dati era quello in cui tutte le stelle si formano inizialmente come binari larghi. Questi sistemi poi si restringono o si disgregano entro un milione di anni".

In questo studio, "largo" significa che le due stelle sono separate da più di 500 unità astronomiche, o AU, dove un'unità astronomica è la distanza media tra il sole e la Terra (93 milioni di miglia). Un ampio compagno binario del nostro sole sarebbe stato 17 volte più lontano dal sole del suo pianeta più distante oggi, Nettuno.

Sulla base di questo modello, il fratello del sole molto probabilmente è fuggito e si è mescolato con tutte le altre stelle nella nostra regione della galassia della Via Lattea, per non essere mai più visto.

"L'idea che molte stelle si formino con una compagna è stata suggerita in precedenza, ma la domanda è:quanti?" ha detto la prima autrice Sarah Sadavoy, un borsista Hubble della NASA presso lo Smithsonian Astrophysical Observatory. "Sulla base del nostro semplice modello, diciamo che quasi tutte le stelle si formano con una compagna. La nube di Perseo è generalmente considerata una tipica regione di formazione stellare di piccola massa, ma il nostro modello deve essere verificato in altre nuvole".

L'idea che tutte le stelle nascano in una cucciolata ha implicazioni al di là della formazione stellare, comprese le origini stesse delle galassie, ha detto Stahler.

Stahler e Sadavoy hanno pubblicato i loro risultati ad aprile sul server arXiv. Il loro articolo è stato accettato per la pubblicazione negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.

Stelle nate in "nuclei densi"

Gli astronomi hanno speculato sulle origini dei sistemi binari e multipli stellari per centinaia di anni, e negli ultimi anni hanno creato simulazioni al computer di masse di gas che collassano per capire come si condensano sotto gravità in stelle. Hanno anche simulato l'interazione di molte giovani stelle recentemente liberate dalle loro nubi di gas. Diversi anni fa, una di queste simulazioni al computer di Pavel Kroupa dell'Università di Bonn lo ha portato a concludere che tutte le stelle nascono come binarie.

Eppure le prove dirette dalle osservazioni sono state scarse. Mentre gli astronomi guardano stelle sempre più giovani, trovano una proporzione maggiore di binari, ma perché è ancora un mistero.

"La chiave qui è che nessuno ha guardato prima in modo sistematico alla relazione tra le vere giovani stelle e le nuvole che le generano, " Ha detto Stahler. "Il nostro lavoro è un passo avanti nella comprensione sia di come si formano i binari sia anche del ruolo che i binari giocano nella prima evoluzione stellare. Ora crediamo che la maggior parte delle stelle, che sono molto simili al nostro sole, forma come binari. Penso che abbiamo le prove più forti fino ad oggi per una tale affermazione".

Secondo Stahler, gli astronomi sanno da diversi decenni che le stelle nascono all'interno di bozzoli a forma di uovo chiamati nuclei densi, che sono cosparsi su immense nuvole di freddo, idrogeno molecolare che sono i vivai per le giovani stelle. Attraverso un telescopio ottico, queste nuvole sembrano buchi nel cielo stellato, perché la polvere che accompagna il gas blocca la luce sia delle stelle che si formano all'interno sia delle stelle dietro. Le nuvole possono, però, essere sondato da radiotelescopi, poiché i grani di polvere fredda in essi emettono a queste lunghezze d'onda radio, e le onde radio non sono bloccate dalla polvere.

La nube molecolare Perseus è uno di questi vivai stellari, circa 600 anni luce dalla Terra e lungo circa 50 anni luce. L'anno scorso, un team di astronomi ha completato un sondaggio che ha utilizzato il Very Large Array, una raccolta di parabole radiofoniche nel New Mexico, per osservare la formazione stellare all'interno della nuvola. chiamato VANDAM, è stata la prima indagine completa di tutte le giovani stelle in una nube molecolare, questo è, stelle con meno di 4 milioni di anni circa, comprese le stelle singole e multiple fino a separazioni di circa 15 unità astronomiche. Questo ha catturato tutte le stelle multiple con una separazione superiore al raggio dell'orbita di Urano, 19 UA, nel nostro sistema solare.

Stahler ha saputo del sondaggio dopo essersi avvicinato a Sadavoy, un membro del team VANDAM, e chiedendo il suo aiuto nell'osservare giovani stelle all'interno di nuclei densi. L'indagine VANDAM ha prodotto un censimento di tutte le stelle di Classe 0, quelle inferiori a circa 500, 000 anni – e stelle di Classe I – quelle tra circa 500, 000 e 1 milione di anni. Entrambi i tipi di stelle sono così giovani che non stanno ancora bruciando idrogeno per produrre energia.

Sadavoy ha preso i risultati di VANDAM e li ha combinati con ulteriori osservazioni che rivelano i bozzoli a forma di uovo attorno alle giovani stelle. Queste osservazioni aggiuntive provengono dal Gould Belt Survey con SCUBA-2 sul James Clerk Maxwell Telescope alle Hawaii. Combinando questi due set di dati, Sadavoy è stato in grado di produrre un robusto censimento delle popolazioni binarie e a stella singola in Perseo, rivelando 55 giovani stelle in 24 sistemi a più stelle, tutti tranne cinque binari, e 45 sistemi a stella singola.

Utilizzando questi dati, Sadavoy e Stahler scoprirono che tutti i sistemi binari ampiamente separati, quelli con stelle separate da più di 500 UA, erano sistemi molto giovani, contenente due stelle di classe 0. Questi sistemi tendevano anche ad essere allineati con l'asse lungo del nucleo denso a forma di uovo. Le stelle binarie di Classe I leggermente più vecchie erano più vicine tra loro, molti separati da circa 200 AU, e non mostrava alcuna tendenza ad allinearsi lungo l'asse dell'uovo.

"Questo non è mai stato visto prima o testato, ed è super interessante, " disse Sadavoy. "Non sappiamo ancora bene cosa significhi, ma non è casuale e deve dire qualcosa sul modo in cui si formano i binari larghi."

I nuclei a forma di uovo collassano in due centri

Stahler e Sadavoy hanno modellato matematicamente vari scenari per spiegare questa distribuzione di stelle, assumendo una formazione tipica, tempi di rottura e di restringimento orbitale. Hanno concluso che l'unico modo per spiegare le osservazioni è presumere che tutte le stelle di massa intorno a quella del sole inizino come binarie di classe 0 larghe in nuclei densi a forma di uovo, dopo di che circa il 60 per cento si è diviso nel tempo. Il resto si restringe per formare binari stretti.

"Mentre l'uovo si contrae, la parte più densa dell'uovo sarà verso il centro, e che forma due concentrazioni di densità lungo l'asse centrale, " ha detto. "Questi centri di maggiore densità ad un certo punto collassano su se stessi a causa della loro gravità per formare stelle di classe 0".

"All'interno della nostra immagine, singolo a bassa massa, le stelle simili al sole non sono primordiali, " Ha aggiunto Stahler. "Sono il risultato della rottura dei binari. "

La loro teoria implica che ogni nucleo denso, che tipicamente comprende poche masse solari, converte il doppio della materia in stelle di quanto si pensasse in precedenza.

Stahler ha affermato di aver chiesto ai radioastronomi di confrontare i nuclei densi con le loro giovani stelle incorporate per più di 20 anni, per testare teorie sulla formazione di stelle binarie. I nuovi dati e il modello sono un inizio, lui dice, ma è necessario lavorare di più per comprendere la fisica dietro la regola.

Tali studi potrebbero arrivare presto, perché le capacità di un VLA ora aggiornato e del telescopio ALMA in Cile, più il sondaggio SCUBA-2 alle Hawaii, "ci stanno finalmente dando i dati e le statistiche di cui abbiamo bisogno. Questo cambierà la nostra comprensione dei nuclei densi e delle stelle incorporate al loro interno, "Disse Sadavo.