Gli ultimi dati stellari dell'osservatorio spaziale Gaia hanno permesso per la prima volta agli astronomi di generare un enorme atlante 3D di stelle binarie ampiamente separate entro circa 3, 000 anni luce della Terra:1,3 milioni di essi.

L'atlante unico, creato da Kareem El-Badry, un dottorato di ricerca in astrofisica studente dell'Università della California, Berkeley, dovrebbe essere un vantaggio per coloro che studiano le stelle binarie, che costituiscono almeno la metà di tutte le stelle simili al sole, e le nane bianche, esopianeti ed evoluzione stellare, generalmente. Prima di Gaia, l'ultima raccolta di stelle binarie vicine, assemblato utilizzando i dati dell'ormai defunto satellite Hipparcos, comprendeva circa 200 coppie probabili.

"Questo è solo un enorme aumento della dimensione del campione, " ha detto El-Badry. "Ed è un aumento del tipo di fasi evolutive in cui troviamo i binari. Nel nostro campione, ne abbiamo 17, 000 nane bianche da sole. Questo è un censimento molto più grande".

Le nane bianche sono le fasi finali della maggior parte delle stelle; il sole probabilmente finirà come una nana bianca compatta tra 5 miliardi di anni. L'atlante di El-Badry include 1, 400 sistemi composti da due nane bianche e 16, 000 binari che consistono in una nana bianca e un altro tipo di stella

La stragrande maggioranza dei 2,6 milioni di stelle individuali è ancora nel fiore degli anni, però. Gli astronomi le chiamano stelle della sequenza principale, perché si raggruppano lungo una linea quando vengono tracciati su un grafico che mostra la temperatura rispetto alla luminosità.

Con un campione così grande, El Badry ha detto, è possibile fare i dati demografici della popolazione di questi gemelli stellari, ponendo domande come:qual è la distribuzione dei rapporti di massa delle due stelle in tutti questi sistemi binari? Come sono distribuite le loro separazioni o eccentricità?

El-Badry prevede di concentrarsi in futuro sui binari delle nane bianche, perché alle nane bianche può essere assegnata un'età più precisa di quanto sia possibile con le stelle regolari. Le stelle della sequenza principale come il sole possono sembrare le stesse per miliardi, o anche decine di miliardi, di anni, mentre le nane bianche cambiano, per prima cosa, si raffreddano a una velocità ben definita. E poiché le coppie binarie nascono contemporaneamente, l'età della nana bianca dice agli astronomi l'età del suo gemello della sequenza principale, o di qualsiasi pianeta intorno alle stelle.

"Per una nana bianca, generalmente, è facile dire quanti anni ha, non solo quanti anni da quando è diventata una nana bianca, ma qual è la sua età totale, " ha detto. "Puoi anche misurare le loro masse, perché le nane bianche hanno una ben nota relazione massa-raggio."

Come esempio, El-Badry e colleghi hanno recentemente utilizzato i dati di Gaia per stimare l'età di un gigante gassoso delle dimensioni di Giove scoperto dal satellite TESS attorno a una coppia nana bianca-K nana. Quel pianeta extrasolare, TOI-1259 Ab, risultò avere circa 4 miliardi di anni, in base all'età della nana bianca.

"In questo catalogo, ci sono qualcosa come 15 sistemi come questo:stella più pianeta più nana bianca, " Egli ha detto, "e ce ne sono altre poche centinaia che sono stella più pianeta più un'altra stella. Anche queste sono potenzialmente interessanti perché, in alcuni casi, l'altra stella farà qualcosa in modo dinamico al pianeta."

Il nuovo catalogo delle stelle binarie vicine è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

El-Badry ha anche collaborato con Jackie Faherty, uno scienziato ed educatore presso l'American Museum of Natural History di New York City, per creare un video fly-through di tutti i milioni di stelle binarie intorno alla Terra, che rappresenta una buona fetta dell'intera Via Lattea.

Stelle binarie

Fino a quando Gaia è stata lanciata dall'Agenzia Spaziale Europea nel 2013 per misurare con precisione le distanze e i movimenti di milioni di stelle vicine, l'unico modo per trovare le binarie era cercare stelle vicine tra loro nel cielo. Questo può essere complicato, perché le stelle che sembrano molto vicine alla Terra potrebbero essere da centinaia a migliaia di anni luce l'una dall'altra, semplicemente seduto lungo la stessa linea del sito.

Escludere un allineamento casuale richiede molto tempo di osservazione per confermare che i due candidati siano effettivamente alla stessa distanza e si muovano insieme. A causa del moto della Terra intorno al Sole, le stelle vicine sembrano cambiare posizione nel cielo, e quella parallasse può essere usata per calcolare quanto sono lontani. Il moto della stella attraverso il cielo, noto come moto proprio, aiuta a determinarne la velocità.

Gaia conduce questa noiosa astrometria continuamente per tutte le stelle vicine nel cielo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7, dalla sua orbita nel punto di Lagrange Terra-Sole. Il rilevamento del telescopio spaziale è più utile per le stelle entro circa 3, 000 anni luce della Terra, però, perché oltre a ciò, la parallasse è solitamente troppo piccola per essere misurata.

El-Badry ha cercato per la prima volta le stelle binarie nei dati di Gaia dopo il secondo rilascio di misurazioni stellari della missione nel 2018, con l'aiuto dei colleghi Hans-Walter Rix, direttore del Max-Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania, e Tyler Heintz, uno studente laureato alla Boston University. Hanno sviluppato tecniche computazionali per identificare le stelle che si muovono insieme nello spazio e alla stessa distanza dalla Terra. La tecnica sostanzialmente proietta il movimento di ogni stella nel corso di migliaia di anni, in base al suo moto proprio oggi, e tira fuori stelle che si muovono nella stessa direzione. Se risultano anche essere alla stessa distanza in base alla parallasse, probabilmente sono legati l'uno all'altro, Egli ha detto.

Lui e i suoi colleghi si concentrano principalmente su binari larghi, quelli separati da una distanza di 10 AU (unità astronomiche) o più, ovvero, 10 o più volte la distanza tra la Terra e il sole (93 milioni di miglia). Le stelle più vicine di così appaiono tipicamente come un punto di luce e richiedono altre tecniche spettroscopiche per distinguere se sono vere binarie.

Per ottenere il primo crack sugli ultimi dati di Gaia, El-Badry si alzò alle 3 del mattino della data di uscita, 3 dicembre dello scorso anno, e si è unito a circa 100 altri astronomi da tutto il mondo su Zoom. Ha eseguito rapidamente query pre-programmate sui dati per estrarre le informazioni del catalogo necessarie per creare la mappa 3D.

Le query iniziali hanno restituito circa 1,8 milioni di candidati binari dal catalogo di Gaia di 1,8 miliardi di stelle, quindi El-Badry ha dovuto prima valutare la probabilità che alcune delle coppie fossero alla stessa distanza e si muovessero in direzioni simili solo per caso, non perché sono accoppiati. Stima che quasi 1,3 milioni di coppie avevano almeno il 90% di possibilità di essere legate, e 1,1 milioni avevano una probabilità del 99%.

"Circa la metà di tutte le stelle simili al sole sono binarie, molti di loro troppo vicini per distinguere, ma troviamo che qualcosa come il 25% di tutte le stelle simili al sole ha una compagna binaria a separazioni superiori a 30 AU, sulla distanza da Plutone, " ha detto. "I picchi di distribuzione a una separazione di 30 o 50 AU".

Alcune coppie sono separate da un parsec:260, 000 UA, o 3,26 anni luce, sebbene la maggior parte sia entro 1, 000 AU l'uno dall'altro.

uno da asporto, Egli ha detto, è che la nuova analisi conferma qualcosa accennato nei dati del 2018:molte coppie di stelle binarie sono molto simili in massa.

"Una cosa che abbiamo già scoperto è interessante:l'abbiamo scoperto con Gaia DR2, ma ora possiamo studiarlo meglio con questo esempio:è che ai binari piace essere gemelli identici, " ha detto. "Questo è davvero strano, perché la maggior parte di questi sono separati da centinaia o migliaia di AU, quindi sono così distanti che, dalle teorie convenzionali della formazione stellare, le loro masse dovrebbero essere casuali. Ma i dati raccontano una storia diversa:sanno qualcosa delle masse dei loro compagni".

L'implicazione, Egli ha detto, è che si sono formati molto più vicini tra loro in un processo che tendeva a pareggiare le loro masse e poi si sono allontanati, forse a causa delle interazioni con altre stelle vicine.

La compilazione delle stelle binarie ha anche permesso a El-Badry di verificare le incertezze riportate nelle misurazioni di Gaia delle posizioni stellari, che può aiutare altri ricercatori che utilizzano i dati.