Rappresentazione artistica del sistema stellare binario scoperto nell'evento di microlenti Gaia16aye, la sua gravità piega il tessuto dello spaziotempo e distorce il percorso dei raggi luminosi provenienti da una stella ancora più lontana. Credito:M. Rębisz
Una campagna di osservazione globale di 500 giorni, condotta più di tre anni fa dalla centrale di mappatura delle galassie dell'ESA Gaia, ha fornito informazioni senza precedenti sul sistema binario di stelle che ha causato un insolito schiarimento di una stella ancora più lontana.
Lo splendore della stella, situato nella costellazione del Cigno, è stato individuato per la prima volta nell'agosto 2016 dal programma Gaia Photometric Science Alerts.
Questo sistema, gestito dall'Istituto di Astronomia dell'Università di Cambridge, UK, scansiona quotidianamente l'enorme quantità di dati provenienti da Gaia e avvisa gli astronomi della comparsa di nuove sorgenti o di variazioni di luminosità insolite in quelle conosciute, in modo che possano puntare rapidamente altri telescopi terrestri e spaziali per studiarli in dettaglio. I fenomeni possono includere esplosioni di supernova e altre esplosioni stellari.
In questo caso particolare, osservazioni di follow-up eseguite con più di 50 telescopi in tutto il mondo hanno rivelato che la fonte, da allora chiamata Gaia16aye, si stava comportando in un modo piuttosto strano.
"Abbiamo visto la stella diventare sempre più luminosa e poi, entro un giorno, la sua luminosità scese improvvisamente, " dice Lukasz Wyrzykowski dell'Osservatorio Astronomico dell'Università di Varsavia, Polonia, che è uno degli scienziati dietro il programma Gaia Photometric Science Alert.
"Questo è stato un comportamento molto insolito. Quasi nessun tipo di supernova o altra stella lo fa".
Lukasz e collaboratori si resero presto conto che questo schiarimento era causato dalla microlente gravitazionale, un effetto previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, causato dalla flessione dello spaziotempo in prossimità di oggetti molto massicci, come stelle o buchi neri.
Quando un oggetto così massiccio, che potrebbe essere troppo debole per essere osservato dalla Terra, passa davanti a un altro, fonte di luce più lontana, la sua gravità piega il tessuto dello spaziotempo nelle sue vicinanze. Ciò distorce il percorso dei raggi di luce provenienti dalla sorgente di sfondo, comportandosi essenzialmente come una gigantesca lente d'ingrandimento.
Gaia16aye è il secondo evento di microlenti rilevato dal geometra stellare dell'ESA. Però, gli astronomi hanno notato che si comportava in modo strano anche per questo tipo di eventi.
"Se hai un solo obiettivo, causato da un singolo oggetto, ci sarebbe solo un piccolo, aumento costante della luminosità e poi ci sarebbe un declino graduale mentre l'obiettivo passa davanti alla sorgente lontana e poi si allontana, "dice Lukasz.
"In questo caso, non solo la luminosità della stella è diminuita bruscamente piuttosto che uniformemente, ma dopo un paio di settimane si è di nuovo illuminato, il che è molto insolito. Nei 500 giorni di osservazione, l'abbiamo visto illuminarsi e declinare cinque volte".
Questo improvviso e netto calo di luminosità suggeriva che la lente gravitazionale che causava l'illuminazione doveva consistere in un sistema binario:una coppia di stelle, o altri oggetti celesti, legati l'uno all'altro dalla reciproca gravità.
I campi gravitazionali combinati dei due oggetti producono una lente con una rete piuttosto intricata di regioni ad alto ingrandimento. Quando una sorgente di fondo passa attraverso tali regioni sul piano del cielo, si illumina, e poi si attenua immediatamente all'uscita.
Dal modello di schiarimenti e oscuramenti successivi, gli astronomi sono stati in grado di dedurre che il sistema binario ruotava a un ritmo piuttosto veloce.
"La rotazione è stata abbastanza veloce e l'evento complessivo delle microlenti abbastanza lento da far entrare la stella sullo sfondo nella regione ad alto ingrandimento, l'ha lasciato e poi è rientrato, "dice Lukasz.
Il lungo periodo di osservazione, che è durata fino alla fine del 2017, e l'ampia partecipazione di telescopi terrestri di tutto il mondo ha permesso agli astronomi di raccogliere una grande quantità di dati, quasi 25.000 punti di dati individuali.
Inoltre, il team ha anche utilizzato dozzine di osservazioni di questa stella raccolte da Gaia mentre continuava a scrutare il cielo nel corso dei mesi. Questi dati sono stati sottoposti a calibrazione preliminare e sono stati resi pubblici nell'ambito del programma Gaia Science Alerts.
Da questo insieme di dati, Lukasz ei suoi colleghi sono stati in grado di apprendere molti dettagli sul sistema binario delle stelle.
Questo grafico mostra la variazione di luminosità della stella Gaia16aye causata da un evento di microlente, come un oggetto massiccio in primo piano - un sistema binario di stelle - passava lungo la sua linea di vista. La luminosità è indicata sull'asse verticale in termini di magnitudine astronomica, con valori più piccoli (verso l'alto) che indicano una luminosità maggiore; il tempo è indicato sull'asse orizzontale. Il grafico mostra i dati raccolti in un periodo di quasi due anni con più di 50 telescopi in tutto il mondo, come parte di una campagna di osservazione globale guidata dal satellite Gaia dell'ESA. Le misurazioni della luminosità ottenute con Gaia sono mostrate come grandi simboli di diamanti neri, considerando che le osservazioni a terra eseguite con una varietà di telescopi in tutto il mondo vengono mostrate come cerchi più piccoli, piazze, diamanti e triangoli di diversi colori. Credito:adattato da Wyrzykowski et al. 2019
"Non vediamo affatto questo sistema binario, ma dal solo vedere gli effetti che creava agendo come una lente su una stella di sfondo, abbiamo potuto raccontarci tutto, " dice il co-autore Przemek Mróz, chi era un dottorato di ricerca studente dell'Università di Varsavia quando è iniziata la campagna, ed è attualmente borsista post-dottorato presso il California Institute of Technology.
"Potremmo determinare il periodo di rotazione del sistema, le masse dei suoi componenti, la loro separazione, la forma delle loro orbite, praticamente tutto, senza vedere la luce delle componenti binarie."
La coppia è composta da due stelle piuttosto piccole, con 0,57 e 0,36 volte la massa del nostro Sole, rispettivamente. Separati da circa il doppio della distanza Terra-Sole, le stelle orbitano intorno al loro reciproco centro di massa in meno di tre anni.
"Se non fosse per Gaia che scansiona tutto il cielo e poi manda subito gli avvisi, non avremmo mai saputo di questo evento di microlensing, ", afferma il coautore Simon Hodgkin dell'Università di Cambridge, che guida il programma Gaia Science Alerts.
"Forse l'avremmo trovata dopo, ma poi potrebbe essere stato troppo tardi."
La comprensione dettagliata del sistema binario si è basata sulla vasta campagna di osservazione e sull'ampio coinvolgimento internazionale che l'evento Gaia16aye ha attirato.
"Riconosciamo gli astronomi professionisti, astrofili e volontari di tutto il mondo che hanno osservato questo evento:senza la dedizione di tutte quelle persone non saremmo stati in grado di ottenere tali risultati, "dice Lukasz.
"Eventi di microlente come questo possono far luce su oggetti celesti che altrimenti non saremmo in grado di vedere, "dice Timo Prusti, Gaia Project Scientist presso l'ESA.
"Siamo lieti che il rilevamento di Gaia abbia attivato la campagna di osservazione che ha reso possibile questo risultato".
"Full Orbital Solution for the Binary System in the Northern Galactic Disk Microlensing Event Gaia16aye" di L. Wyrzykowski et al è pubblicato in Astronomia e Astrofisica .
