Hubble trova dettagli frizzanti sulla giovane stella FU Orionis

Nel 1936, la giovane stella FU Orionis (FU Ori) subì un significativo aumento di luminosità e da allora è lentamente diminuita. Una volta considerato un caso a sé stante, gli scienziati hanno notato una piccola classe di stelle giovani estremamente tumultuose che sperimentano grandi aumenti di luminosità, note come oggetti FU Ori. Per conoscere le condizioni che possono portare a una crescita così significativa della luminosità, un team di astronomi ha sfruttato le capacità ultraviolette del telescopio spaziale Hubble della NASA per saperne di più sulla relazione tra la superficie stellare di FU Ori e il suo disco di accrescimento. Hanno trovato nuovi dettagli scioccanti nel processo.

Nel 1936, gli astronomi videro un evento sconcertante nella costellazione di Orione: la giovane stella FU Orionis (FU Ori) divenne cento volte più luminosa nel giro di pochi mesi. Al suo apice, FU Ori era intrinsecamente 100 volte più luminoso del nostro Sole. A differenza di una stella che esplode, però, da allora la sua luminosità è diminuita solo languidamente.

Ora, un team di astronomi ha sfruttato le capacità ultraviolette del telescopio spaziale Hubble della NASA per saperne di più sull’interazione tra la superficie stellare di FU Ori e il disco di accrescimento che ha scaricato gas sulla stella in crescita per quasi 90 anni. Hanno scoperto che il disco interno che tocca la stella è straordinariamente caldo, il che sfida la saggezza convenzionale.

Le osservazioni sono state effettuate con il telescopio COS  e STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) 

I dati includono il primo spettro del lontano ultravioletto e il nuovo vicino ultravioletto di FU Ori.

“Speravamo di convalidare la parte più calda del modello del disco di accrescimento, per determinare la sua temperatura massima, misurando più vicino al bordo interno del disco di accrescimento che mai”, ha detto Lynne Hillenbrand del Caltech di Pasadena, in California, e co-autrice dell’articolo.

“Penso che ci fosse qualche speranza di vedere qualcosa in più, come l’interfaccia tra la stella e il suo disco, ma di certo non ce lo aspettavamo. Il fatto che abbiamo visto così tanto di più – era molto più luminoso nell’ultravioletto di quanto avessimo previsto – è stata la grande sorpresa”.

Una migliore comprensione dell’accrescimento stellare

Originariamente considerata un caso unico tra le stelle, FU Ori esemplifica una classe di stelle giovani ed eruttive che subiscono drammatici cambiamenti di luminosità.

Questi oggetti sono un sottoinsieme delle classiche stelle T Tauri, che sono stelle di nuova formazione che si stanno accumulando per accrescimento di materiale dal loro disco e dalla nebulosa circostante.

Nelle stelle T Tauri classiche, il disco non tocca direttamente la stella perché è limitato dalla pressione verso l’esterno del campo magnetico della stella.

I dischi di accrescimento attorno agli oggetti FU Ori, tuttavia, sono suscettibili di instabilità a causa della loro enorme massa rispetto alla stella centrale, delle interazioni con una compagna binaria o del materiale in caduta.

Tale instabilità significa che il tasso di accrescimento di massa può cambiare drasticamente.

L’aumento del ritmo interrompe il delicato equilibrio tra il campo magnetico stellare e il bordo interno del disco, portando il materiale ad avvicinarsi e alla fine a toccare la superficie della stella.

L’aumento del tasso di caduta e la vicinanza del disco di accrescimento alla stella rendono gli oggetti FU Ori molto più luminosi di una tipica stella T Tauri.

Infatti, durante un’esplosione, la stella stessa viene eclissata dal disco. Inoltre, il materiale del disco orbita rapidamente mentre si avvicina alla stella, molto più velocemente della velocità di rotazione della superficie stellare.

Ciò significa che dovrebbe esserci una regione in cui il disco colpisce la stella e il materiale rallenta e si riscalda in modo significativo.

“I dati di Hubble indicano una regione di impatto molto più calda di quanto i modelli avessero precedentemente previsto”, ha detto Adolfo Carvalho del Caltech e autore principale dello studio. “A FU Ori, la temperatura è di 16.000 kelvin [quasi tre volte la temperatura superficiale del nostro Sole].

Quella temperatura sfrigolante è quasi il doppio della quantità calcolata dai modelli precedenti. Ci sfida e ci incoraggia a pensare a come si possa spiegare un tale salto di temperatura”.

Per affrontare la significativa differenza di temperatura tra i modelli passati e le recenti osservazioni di Hubble, il team offre un’interpretazione rivista della geometria all’interno della regione interna di FU Ori: il materiale del disco di accrescimento si avvicina alla stella e una volta raggiunta la superficie stellare, viene prodotto un urto caldo, che emette molta luce ultravioletta.

Sopravvivenza del pianeta intorno a FU Ori

La comprensione dei meccanismi del rapido processo di accrescimento di FU Ori si riferisce più in generale alle idee di formazione e sopravvivenza dei pianeti.

“Il nostro modello rivisto basato sui dati di Hubble non è strettamente una cattiva notizia per l’evoluzione dei pianeti, è una sorta di miscuglio”, ha spiegato Carvalho.

“Se il pianeta è molto lontano nel disco mentre si sta formando, le esplosioni di un oggetto FU Ori dovrebbero influenzare il tipo di sostanze chimiche che il pianeta erediterà alla fine. Ma se un pianeta in formazione è molto vicino alla stella, allora è una storia leggermente diversa. All’interno di un paio di esplosioni, tutti i pianeti che si stanno formando molto vicino alla stella possono spostarsi rapidamente verso l’interno e alla fine fondersi con essa. Si potrebbero perdere, o almeno friggere completamente, i pianeti rocciosi che si formano vicino a una stella del genere”.

È in corso un ulteriore lavoro con le osservazioni UV di Hubble. Il team sta analizzando attentamente le varie linee di emissione spettrale di più elementi presenti nello spettro COS.

Questo dovrebbe fornire ulteriori indizi sull’ambiente di FU Ori, come la cinematica dell’afflusso e del deflusso del gas all’interno della regione interna.

“Molte di queste giovani stelle sono spettroscopicamente molto ricche alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto lontano”, ha riflettuto Hillenbrand.

“Una combinazione di Hubble, le sue dimensioni e la copertura della lunghezza d’onda, così come le fortunate circostanze di FU Ori, ci hanno permesso di vedere più in profondità nel motore di questo affascinante tipo di stella come mai prima d’ora”.

 

 

Immagine: NASA-JPL, Caltech