Gli astronomi hanno scoperto una coppia di stelle che ruotano l'una intorno all'altra in soli 51 minuti, che è l'orbita più rapida mai vista in una tale coppia. Il sistema è stato soprannominato ZTF J1813+4251 ed è un esempio di variabile cataclismica, una disposizione costituita da una stella in un'orbita stretta attorno a una stella morta chiamata nana bianca.
Man mano che i due oggetti stellari in una variabile cataclismica perdono energia a causa dell'emissione di onde gravitazionali, vengono avvicinati e la nana bianca inizia a "nutrirsi" della stella "donatrice" simile al Sole, strappando materiale dalla sua superficie. ZTF J1813+4251 si trova a 3000 anni luce dalla Terra e rappresenta la prima prova che le variabili cataclismiche possono ridursi abbastanza da avere un periodo orbitale così breve.
"Con la scoperta di ZTF J1813+4251, ora sappiamo che, in rare circostanze, le variabili cataclismiche possono ridursi a un periodo orbitale molto più breve di 75 minuti", membro del team e ricercatore presso l'Università di Amsterdam, Jan van Roestel, Ha detto Mondo della fisica. "C'erano previsioni teoriche che ciò potesse accadere, ma la scoperta di ZTF J1813+4251 lo conferma senza alcun dubbio."
Van Roestel, insieme a Kevin Burdge del Massachusetts Institute of Technology e colleghi hanno anche determinato altre proprietà di ciascuna stella, comprese le masse e i raggi.
Sistema minuscolo
"Il sistema binario è costituito da una nana bianca e una stella donatrice con una massa rispettivamente di circa 0.55 e 0.1 masse solari", afferma van Roestel. La distanza tra loro è solo 0.4 del raggio del Sole, il che significa che l'intero sistema binario potrebbe facilmente entrare nella nostra stella. La ricerca suggerisce anche che questa orbita stretta sia il risultato dell'altissima densità della stella donatrice.
Gli astronomi hanno trovato ZTF J1813+4251 in una vasta collezione di stelle osservate dalla Zwicky Transient Facility (ZTF), che utilizza una fotocamera collegata a un telescopio presso l'Osservatorio Palomar in California. ZTF ha scattato più di 1000 immagini ad alta risoluzione di vaste aree del cielo catturando i cambiamenti nella luminosità di 1 miliardo di stelle in periodi che variano da giorni ad anni.
Il team ha utilizzato un algoritmo per cercare in questi dati le stelle che sembravano lampeggiare ripetutamente in meno di un'ora. Tali lampi possono essere causati da due stelle in un'orbita stretta, con una stella che blocca brevemente la luce dell'altra, come nel caso di ZTF J1813+4251.
Raro stadio di evoluzione
Le osservazioni hanno anche rivelato che il sistema si trova in una fase interessante della sua evoluzione. "Abbiamo scoperto che questa variabile cataclismica sta facendo qualcosa di molto speciale, passando dall'accrescimento dell'idrogeno all'accrescimento dell'elio", spiega Burdge. “Questo sta accadendo perché la nana bianca ha iniziato a mangiare una vecchia stella della sequenza principale molto vicino alla fine della sua vita, dopo che quella stella aveva accumulato una quantità significativa di elio nel suo nucleo”.
Ora, l'atmosfera di idrogeno della stella donatrice è quasi sparita, con la nana bianca che ne strappa gli ultimi resti alla compagna. Di conseguenza, questa stella donatrice sarà presto ridotta a un nucleo ricco di elio, di cui la sua compagna nana bianca continuerà a nutrirsi. Il team prevede inoltre che il periodo orbitale di questo sistema continuerà ad accorciarsi e tra circa 70 milioni di anni potrebbe essere di appena 20 minuti.
"Il futuro di questa stella binaria è guidato dalle onde gravitazionali", afferma van Roestel. "Le due stelle sono abbastanza massicce e orbitano l'una intorno all'altra abbastanza vicine da perdere lentamente momento angolare a causa delle onde gravitazionali, il che fa diminuire ulteriormente il loro periodo orbitale e la loro separazione".
Osservazioni di onde gravitazionali
In linea di principio, queste onde gravitazionali potrebbero essere rilevate dagli astronomi. Tuttavia, gli attuali osservatori di onde gravitazionali non sono abbastanza sensibili per farlo. In futuro, lo studio di tali sistemi potrebbe essere effettuato utilizzando la prevista Laser Interferometer Space Antenna (LISA), che sarà più sensibile degli attuali rilevatori di onde gravitazionali terrestri.
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"Questa scoperta è un grosso problema perché attualmente è in costruzione un rilevatore di onde gravitazionali, che sarà nello spazio, chiamato LISA, che vedrà le onde gravitazionali di oggetti con periodi orbitali come ZTF J1813+4251", afferma Burdge. Aggiunge che questa futura indagine potrebbe colmare un elemento chiave mancante nella nostra comprensione di come si evolvono le stelle.
“Le variabili cataclismiche sono davvero ottimi laboratori per studiare la fisica dell'accrescimento e l'evoluzione binaria. I libri di testo tendono a concentrarsi su stelle isolate come il Sole. Il fatto è che quella semplice storia non funziona se metti due stelle in un binario una accanto all'altra, perché interagiranno e questo può cambiare completamente il risultato.
“Studiando queste binarie strettamente interagenti, come le variabili cataclismiche, stiamo raccogliendo le informazioni necessarie per finire i libri di testo sull'evoluzione stellare. Vale a dire, stiamo iniziando a comprendere l'evoluzione binaria stellare. Questo sistema risponde fondamentalmente a una domanda chiave su come si formano le variabili binarie cataclismiche.
L'osservazione è descritta in Natura.
