Giovedì 17 Agosto 2017
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La stella più piccola

Rappresentazione artistica delle dimensioni di EBLM J0555-57Ab rispetto a Giove, Saturno e Trappist-1
Rappresentazione artistica delle dimensioni di EBLM J0555-57Ab rispetto a Giove, Saturno e Trappist-1 University of Cambridge - https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Osservata in un sistema triplo la stella con massa più piccola conosciuta, al limite per l'innesco delle reazioni nucleari. Si chiama EBLM J0555-57Ab, è grande quanto Saturno e la sua aspettativa di vita è 100 volte l'età dell'universo!

 Spesso, quando si parla di cifre da record a proposito di stelle, si fa riferimento a quelle più grandi, specialmente quelle molto massicce giunte nelle fasi finali della loro vita, supergiganti rosse gonfiate fino a raggiungere dimensioni record che sono svariate centinaia di volte quelle del Sole. Tuttavia, anche sull'altro estremo ci sono sorprese interessanti: le stelle con massa inferiore a 1/3 di quella solare dovrebbero essere le più numerose nell'universo e la loro vita, intesa come tempo necessario a bruciare tutto l'idrogeno in elio, complice anche il rimescolamento convettivo tra il nucleo e gli strati superficiali, si misura in centinaia di miliardi di anni; questo significa che attualmente le vediamo ancora nella loro prima giovinezza! Queste piccole stelle sono anche i migliori candidati per individuare pianeti che possono ospitare acqua liquida sulle loro superfici; è il caso di TRAPPIST-1, una nana ultrafredda divenuta famosa perchè circondata da ben sette pianeti, alcuni potenzialmente abitabili.

 Secondo i modelli teorici di evoluzione stellare, un astro che abbia una massa inferiore a circa 0,08 masse solari non raggiunge nel nucleo una temperatura sufficiente a innescare stabili reazioni di fusione dell'idrogeno, motivo per cui è destinato a diventare una nana bruna che si raffredda lentamente dopo il collasso dalla nube protostellare.

 L'oggetto 1SWASPJ055532.69-571726.0 (che per brevità viene indicata come EBLM J0555-57) è stato tenuto sotto osservazione con il telescopio meridionale WASP (Wide Angle Search for Planets) tra il 2008 e il 2012; queste misure fotometriche hanno rivelato 17 affievolimenti con una periodicità di 7.76 giorni. Inizialmente si è pensato che la causa potesse essere un grosso pianeta in transito, poi le misure spettroscopiche hanno rivelato che si tratta invece di una binaria ad eclisse in cui la stella principale (J0555-57A) è leggermente più grande e più giovane del Sole, mentre la secondaria (J0555-57Ab) è una "nana rossa" piccolissima, avendo una massa che è solo il 7% della compagna. Una terza stella, J0555-57B, non era stata inizialmente “risolta” dal WASP perchè si trova a soli 2,3 secondi d'arco dalla componente A (si veda il riquadro in alto a destra nella figura sottostante); molto simile al Sole, è comunque fisicamente legata alla coppia stretta, come suggerito dai valori molto simili di velocità radiale; il semiasse maggiore dell'orbita della componente B (più ampio perchè di massa minore) misura circa 480 unità astronomiche, se perpendicolare alla linea di vista. 

EB apertura

La curva di luce (a sinistra) e l'andamento della velocità radiale (a destra) per EBLM J0555-57A. Nel riquadro, una immagine Euler nell'infrarosso vicino, con le componenti A e B risolte. I grafici in basso mostrano i "residui" rispetto al modello mentre sulle ascisse c'è la fase ovvero la frazione del periodo orbitale.- Credit: A. Boetticher et al., Astronomy & Astrophysics / ESO2017 - Processing: M. Di Lorenzo

 Le misure di parallasse, riportatate nel catalogo Gaia DR1, mostrano che questo sistema triplo si trova a circa 635 anni luce di distanza, con un'incertezza di 45 anni luce. Misure spettroscopiche estremamente accurate effettuate con lo strumento CORALIE (riportate a destra nel grafico qui sopra), combinate con la fotometria dell'eclisse fornita da Trappist e Euler (a sinistra) hanno fornito le informazioni sul sistema binario stretto e hanno permesso di stabilire che la nana rossa ha una massa di 85±4 masse gioviane (Mj), dunque vicinissima al limite teorico per l'innesco di reazioni nucleari (che è 83 Mj per stelle con questo grado di bassa "metallicità"); il raggio è di 0,84 Rj, più precisamente tra 55500 e 59000 km, quindi paragonabile a quello di Saturno (58200 km in media). Queste dimensioni sono del 30% più piccole rispetto a Trappist-1, che ha una massa praticamente identica (come mostrato nella figura sottostante) e questo suggerisce una elevata variabilità della relazione massa-raggio che potrebbe essere spiegata, in questo caso, dall'assenza di campi magnetici che altrove tendono a "gonfiare" la stella nana.

EB MR

Credit: A. Boetticher et al., Astronomy & Astrophysics / ESO2017 - Processing: M. Di Lorenzo

 Il grafico della relazione raggio-massa per un certo numero di nane rosse e brune recentemente studiate è riportato qui sopra; nel caso di J0555-57Ab (pallino rosso) la zona di incertezza indicata dalla goccia tratteggiata corrisponde a un livello di confidenza del 68%. Sono riportate anche un paio di "isocrone" su cui si dovrebbero disporre stelle con una età di 1 e 5 miliardi di anni che hanno la stessa bassa metallicità di questa nana rossa (linee rossa e blu tratteggiata) e altre curve grigie tratteggiate che si riferiscono alla gravità superficiale. Quest'ultima è una informazione interessante e controintuitiva: dato che la nana rossa ha una dimensione così compatta, infatti, a dispetto della sua massa ridotta la gravità sulla superficie è decisamente elevata: si parla di 320 volte l'accelerazione di gravità terrestre, quasi 12 volte quella sul Sole! Anche la densità media risulta decisamente alta: 200 volte la densità dell'acqua ovvero 140 volte quella del Sole!

 "La nostra scoperta rivela come possano essere fatte le piccole stelle", ha dichiarato Alexander Boetticher, autore principale dello studio che sarà pubblicato nella rivista Astronomy & Astrophysics."Se questa stella si fosse formata con una massa solo leggermente inferiore, la reazione di fusione dell'idrogeno nel suo nucleo non poteva essere sostenuta, e la stella sarebbe invece trasformata in una nana bruna".

 

Riferimenti:
https://www.cam.ac.uk/research/news/smallest-ever-star-discovered-by-astronomers

http://iopscience.iop.org/article/10.1086/304125/meta;jsessionid=79680BAFFDDEFF89070253DA663B2D03.c4.iopscience.cld.iop.org

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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