Utilizzando il telescopio Gemini South, un team di astronomi ha confermato per la prima volta che le differenze nella composizione delle stelle binarie possono avere origine da variazioni chimiche nella nube di materiale stellare da cui si sono formate. I risultati aiutano a spiegare perché le stelle nate dalla stessa nube molecolare possono possedere una composizione chimica diversa e ospitare diversi sistemi planetari, oltre a porre sfide agli attuali modelli di formazione stellare e planetaria.
Utilizzando il telescopio Gemini South, un team di astronomi ha confermato per la prima volta che le differenze nella composizione delle stelle binarie possono avere origine da variazioni chimiche nella nube di materiale stellare da cui si sono formate.
I risultati aiutano a spiegare perché le stelle nate dalla stessa nube molecolare possono possedere una composizione chimica diversa e ospitare diversi sistemi planetari, oltre a porre sfide agli attuali modelli di formazione stellare e planetaria.
Si stima che fino all’85% delle stelle esista in sistemi stellari binari, alcuni anche in sistemi con tre o più stelle.
Queste coppie stellari sono nate insieme dalla stessa nube molecolare da un’abbondanza condivisa di elementi chimici, quindi gli astronomi si aspetterebbero di scoprire che hanno composizioni e sistemi planetari quasi identici.
Tuttavia, per molti binari non è così. Mentre alcune spiegazioni proposte attribuiscono queste differenze a eventi che si sono verificati dopo l’evoluzione delle stelle, un team di astronomi ha confermato per la prima volta che possono effettivamente provenire da prima che le stelle iniziassero a formarsi.
Guidato da Carlos Saffe dell’Istituto di Scienze Astronomiche, della Terra e dello Spazio (ICATE-CONICET) in Argentina, il team ha utilizzato il telescopio Gemini South in Cile, metà dell’Osservatorio Internazionale Gemini, supportato in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e gestito da NSF NOIRLab.
Con il nuovo e preciso Gemini High Resolution Optical SpecTrograph (GHOST) il team ha studiato le diverse lunghezze d’onda della luce, o spettri, emessi da una coppia di stelle giganti, che hanno rivelato differenze significative nella loro composizione chimica.
“Gli spettri di altissima qualità di GHOST hanno offerto una risoluzione senza precedenti”, ha detto Saffe, “permettendoci di misurare i parametri stellari e le abbondanze chimiche delle stelle con la massima precisione possibile”.
Queste misurazioni hanno rivelato che una stella aveva una maggiore abbondanza di elementi pesanti rispetto all’altra. Per districare l’origine di questa discrepanza, il team ha utilizzato un approccio unico.
Studi precedenti hanno proposto tre possibili spiegazioni per le differenze chimiche osservate tra le stelle binarie.
Due di essi riguardano processi che si verificherebbero ben oltre l’evoluzione delle stelle: la diffusione atomica, o l’assestamento di elementi chimici in strati di gradiente a seconda della temperatura e della gravità superficiale di ciascuna stella;
e l’inghiottimento di un piccolo pianeta roccioso, che introdurrebbe variazioni chimiche nella composizione di una stella.
La terza possibile spiegazione risale all’inizio della formazione delle stelle, suggerendo che le differenze abbiano origine da aree primordiali, o preesistenti, di non uniformità all’interno della nube molecolare.
In termini più semplici, se la nube molecolare ha una distribuzione irregolare di elementi chimici, allora le stelle nate all’interno di quella nube avranno composizioni diverse a seconda di quali elementi erano disponibili nel luogo in cui si sono formati.
Finora, gli studi hanno concluso che tutte e tre le spiegazioni sono probabili; Tuttavia, questi studi si sono concentrati esclusivamente sulle binarie di sequenza principale.
La “sequenza principale” è lo stadio in cui una stella trascorre la maggior parte della sua esistenza, e la maggior parte delle stelle nell’Universo sono stelle di sequenza principale, incluso il nostro Sole.
Invece, Saffe e il suo team hanno osservato un sistema binario costituito da due stelle giganti. Queste stelle possiedono strati esterni estremamente profondi e fortemente turbolenti, o zone convettive.
A causa delle proprietà di queste spesse zone convettive, il team è stato in grado di escludere due delle tre possibili spiegazioni.
Il continuo vortice di fluido all’interno della zona convettiva renderebbe difficile per il materiale depositarsi negli strati, il che significa che le stelle giganti sono meno sensibili agli effetti della diffusione atomica, escludendo la prima spiegazione.
Lo spesso strato esterno significa anche che un inghiottimento planetario non cambierebbe molto la composizione di una stella, poiché il materiale ingerito verrebbe rapidamente diluito, escludendo la seconda spiegazione.
Questo lascia le disomogeneità primordiali all’interno della nube molecolare come spiegazione confermata.
“Questa è la prima volta che gli astronomi sono stati in grado di confermare che le differenze tra le stelle binarie iniziano nelle prime fasi della loro formazione”, ha detto Saffe.
“Utilizzando le capacità di misurazione di precisione fornite dallo strumento GHOST, Gemini South sta ora raccogliendo osservazioni di stelle alla fine della loro vita per rivelare l’ambiente in cui sono nate”, afferma Martin Still, direttore del programma NSF per l’International Gemini Observatory.
“Questo ci dà la possibilità di esplorare come le condizioni in cui si formano le stelle possono influenzare la loro intera esistenza nel corso di milioni o miliardi di anni”.
Tre conseguenze di questo studio sono di particolare importanza.
In primo luogo, questi risultati offrono una spiegazione del perché gli astronomi vedono stelle binarie con sistemi planetari così diversi.
“Diversi sistemi planetari potrebbero significare pianeti molto diversi – rocciosi, simili alla Terra, giganti di ghiaccio, giganti gassosi – che orbitano attorno alle loro stelle ospiti a distanze diverse e dove il potenziale per sostenere la vita potrebbe essere molto diverso”, ha detto Saffe.
In secondo luogo, questi risultati rappresentano una sfida cruciale per il concetto di marcatura chimica – che utilizza la composizione chimica per identificare le stelle che provengono dallo stesso ambiente o vivaio stellare – dimostrando che stelle con composizioni chimiche diverse possono ancora avere la stessa origine.
Infine, le differenze osservate precedentemente attribuite agli impatti planetari sulla superficie di una stella dovranno essere riviste, poiché ora potrebbero essere viste come presenti fin dall’inizio della vita della stella.
“Dimostrando per la prima volta che le differenze primordiali sono davvero presenti e responsabili delle differenze tra le stelle gemelle, dimostriamo che la formazione di stelle e pianeti potrebbe essere più complessa di quanto si pensasse inizialmente”, ha detto Saffe. “L’Universo ama la diversità!”
Immagine: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani
