Sulle tracce di una stella solitaria che sfreccia attraverso la Via Lattea

La stella, chiamata CWISE J124909+362116.0 (o “J1249+36” in breve), è stata avvistata per la prima volta da alcuni degli oltre 80.000 volontari di citizen science che partecipano al progetto Backyard Worlds: Planet 9, che setacciano enormi risme di dati raccolti negli ultimi 14 anni dalla missione Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA.

 

 

 

Può sembrare che il Sole sia stazionario mentre i pianeti nella sua orbita si muovono, ma in realtà il Sole sta orbitando attorno alla galassia della Via Lattea a una velocità impressionante di circa 220 chilometri al secondo, quasi mezzo milione di miglia all’ora.

Per quanto veloce possa sembrare, è stata scoperta una debole stella rossa che si muoveva ancora più velocemente nel cielo, a una velocità di circa 600 chilometri al secondo.

Questa rara stella velocista è la prima stella “iperveloce” di massa molto bassa trovata, grazie agli sforzi di cittadini scienziati e di un team di astronomi provenienti da tutto il paese utilizzando diversi telescopi, tra cui due alle Hawaii: l’Osservatorio WM Keck a Maunakea, sull’isola delle Hawaii e l’Istituto di astronomia dell’Università delle Hawaii Pan-STARRS su Haleakalā, Maui. Situata a soli 400 anni luce dalla Terra, è la stella iperveloce conosciuta più vicina a noi.

Più notevolmente, questa stella potrebbe essere su una traiettoria insolita che potrebbe farla lasciare del tutto la Via Lattea.

La ricerca, guidata dal professore di astronomia e astrofisica dell’Università della California (UC) di San Diego Adam Burgasser, è stata recentemente accettata per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters ed è disponibile in formato preprint su arXiv.org.

La stella, chiamata CWISE J124909+362116.0 (o “J1249+36” in breve), è stata avvistata per la prima volta da alcuni degli oltre 80.000 volontari di citizen science che partecipano al progetto Backyard Worlds: Planet 9, che setacciano enormi risme di dati raccolti negli ultimi 14 anni dalla missione Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA.

Questo progetto sfrutta l’acuta capacità degli esseri umani, che sono evolutivamente programmati per cercare modelli e individuare anomalie in un modo che non ha eguali nella tecnologia informatica.

I volontari etichettano gli oggetti in movimento nei file di dati e quando un numero sufficiente di volontari tagga lo stesso oggetto, gli astronomi indagano.

J1249+36 si è subito distinto perché si muoveva a circa lo 0,1% della velocità della luce.

“È qui che è diventata molto interessante, poiché la sua velocità e traiettoria hanno mostrato che si stava muovendo abbastanza velocemente da sfuggire potenzialmente alla Via Lattea”, afferma Burgasser.

Per comprendere meglio la natura di questo oggetto, Burgasser si è rivolto al Near-Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) del Keck Observatory e ha misurato il suo spettro infrarosso.

I dati hanno rivelato che l’oggetto era una sottonana L, una classe di stelle con masse molto basse e temperature più fredde del nostro Sole. Le sottonane rappresentano le stelle più antiche della Via Lattea.

Il team ha confrontato l’intuizione dell’Osservatorio Keck sulla composizione di J1249+36 con una nuova serie di modelli di atmosfera creati da Roman Gerasimov, ex allievo dell’UC San Diego, che ha lavorato con lo studioso dell’UC LEADS Efrain Alvarado III per generare modelli specificamente sintonizzati per studiare le subnane L.

“È stato emozionante vedere che i nostri modelli sono stati in grado di abbinare con precisione lo spettro ottenuto con il NIRES di Keck”, afferma Alvarado.

I dati spettrali, insieme ai dati di imaging di Pan-STARRS e di diversi altri telescopi terrestri, hanno permesso al team di misurare con precisione la posizione e la velocità di J1249+36 nello spazio, e quindi prevedere la sua orbita attraverso la Via Lattea.

Cosa ha dato una spinta a questa stella?

I ricercatori si sono concentrati su due possibili scenari per spiegare l’insolita traiettoria di J1249+36.

Nel primo scenario, J1249+36 era originariamente la compagna di piccola massa di una nana bianca. Le nane bianche sono i nuclei residui di stelle che hanno esaurito il loro combustibile nucleare e si sono estinte.

Quando una compagna stellare si trova in un’orbita molto vicina con una nana bianca, può trasferire massa, provocando esplosioni periodiche chiamate novae. Se la nana bianca raccoglie troppa massa, può collassare ed esplodere come una supernova.

“In questo tipo di supernova, la nana bianca viene completamente distrutta, quindi la sua compagna viene rilasciata e vola via a qualsiasi velocità orbitale si stesse muovendo originariamente, oltre a un po’ di calcio dall’esplosione della supernova”, dice Burgasser.

“I nostri calcoli mostrano che questo scenario funziona. Tuttavia, la nana bianca non c’è più e i resti dell’esplosione, che probabilmente è avvenuta diversi milioni di anni fa, si sono già dissipati, quindi non abbiamo prove definitive che questa sia la sua origine”.

Nel secondo scenario, J1249+36 era originariamente un membro di un ammasso globulare, un ammasso di stelle strettamente legato, immediatamente riconoscibile per la sua distinta forma sferica.

Si prevede che i centri di questi ammassi contengano buchi neri di un’ampia gamma di masse.

Questi buchi neri possono anche formare sistemi binari, e tali sistemi si rivelano essere ottime catapulte per tutte le stelle che si avvicinano troppo a loro.

“Quando una stella incontra un buco nero binario, la complessa dinamica di questa interazione a tre corpi può lanciare quella stella fuori dall’ammasso globulare”, afferma Kyle Kremer, professore assistente presso il Dipartimento di Astronomia e Astrofisica dell’UC San Diego.

Kremer ha eseguito una serie di simulazioni e ha scoperto che in rare occasioni questo tipo di interazioni può espellere una subnana di piccola massa da un ammasso globulare e su una traiettoria simile a quella osservata per J1249+36.

“Dimostra una prova di concetto”, dice Kremer, “ma in realtà non sappiamo da quale ammasso globulare provenga questa stella”. Rintracciare J1249+36 indietro nel tempo lo colloca in una parte molto affollata del cielo che potrebbe nascondere ammassi non ancora scoperti.

Per determinare se uno di questi scenari, o qualche altro meccanismo, può spiegare la traiettoria di J1249+36, Burgasser ha detto che il team spera di esaminare più da vicino la sua composizione elementare.

Ad esempio, quando una nana bianca esplode, crea elementi pesanti che potrebbero aver “inquinato” l’atmosfera di J1249+36 mentre stava fuoriuscendo.

Le stelle negli ammassi globulari e nelle galassie satelliti della Via Lattea hanno anche modelli distinti di abbondanza di elementi che potrebbero rivelare l’origine di J1249+36.

“Stiamo essenzialmente cercando un’impronta chimica che indichi da quale sistema proviene questa stella”, ha detto Gerasimov, il cui lavoro di modellazione gli ha permesso di misurare l’abbondanza di elementi di stelle fredde in diversi ammassi globulari.

Che il rapido viaggio di J1249+36 sia dovuto a una supernova, a un incontro casuale con un buco nero binario o a qualche altro scenario, la sua scoperta offre agli astronomi una nuova opportunità per saperne di più sulla storia e le dinamiche della Via Lattea.