La danza delle protostelle svela la nascita dei sistemi binari

Immaginate due stelle massive che orbitano l’una intorno all’altra. Come sono finiti quei due grandi oggetti celesti a formare un sistema binario di stelle? Il dilemma che fino a oggi è rimasto senza risposta proponeva due scenari. Il primo è che le stelle si formino spiraleggiando tra di loro in una incubatrice stellare, una gigantesca nube di gas e polvere. Il secondo è che si incontrino casualmente all’interno dell’ammasso stellare, “scegliendosi” per formare una coppia spiraleggiante.

Le osservazioni della regione di formazione stellare IRAS07299-1651 ottenute dal telescopio Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), in Cile, hanno catturato la nascita di due protostelle dalla massa totale pari a quasi 18 masse del nostro Sole. Immagini che sembrano dimostrare come il primo scenario, cioè la formazione reciproca nella nube, sia quello più probabile.

La scoperta che fa luce sulle dinamiche di formazione dei sistemi stellari binari è stata pubblicata sulla rivista Nature Astronomy e si deve alla collaborazione del team di ricercatori del RIKEN Cluster for Pioneering Research in Giappone, guidati da Yichen Zhang, da quelli della Chalmers University of Technology, in Svezia, coordinati da Jonathan C. Tan e dagli scienziati della University of Virginia, negli Stati Uniti. I ricercatori hanno analizzato le immagini ad alta risoluzione spaziale ottenute dal telescopio ALMA nello spettro delle onde radio, scoprendo così le due massive protostelle nell’incubatrice IRAS07299-1651, situata a 5500 anni luce da noi. Le stelle orbitano con un periodo di circa 600 anni terrestri e sono separate da una distanza pari a circa 180 unità astronomiche, cioè 180 volte la distanza che separa la Terra dal Sole.

Come nasce un sistema binario

Comprendere la nascita di un sistema binario stellare non è un compito semplice. I processi di formazione avvengono in tempi astronomicamente brevi e le distanze sono tali da rendere complicata l’osservazione. Inoltre, le protostelle infatti sono circondate da uno spesso involucro di gas e polvere che assorbe la maggior parte della luce emessa, rendendole di fatto invisibili. Per poterle osservare bisogna dunque guardare altrove, non allo spettro luminoso delle lunghezze d’onda del visibile, ma quello emesso alle lunghezze tipiche delle onde radio. Anche in questo modo è necessaria un’accortezza per ottenere valide osservazioni: la risoluzione spaziale deve essere sufficientemente alta.

Puntando ALMA in direzione della nube, gli astronomi hanno potuto osservare due oggetti: una stella massiva “primaria” centrale e un’altra protostella “secondaria”, anch’essa di grande massa. Zhang, autore dell’articolo, in un comunicato spiega perché la scoperta è così importante. “Per molto tempo abbiamo avuto dei dubbi sui meccanismi di formazione dei sistemi binari di stelle. Non sapevamo se si formassero durante il collasso iniziale della nube di formazione stellare, oppure se nascessero in seguito. Le nostre osservazioni per la prima volta mostrano chiaramente che i sistemi binari si formano molto presto, quando le stelle sono ancora neonate”.

Non solo gli scienziati hanno potuto stabilire quale sia lo scenario di formazione più probabile, ma hanno risolto un altro dubbio sulla nascita di questi oggetti celesti. Le osservazioni hanno evidenziato come il sistema di stelle binario nasca da un disco comune che viene alimentato dalla nube che è in fase di collasso. Questo implica che la stella secondaria si formi come risultato di una frammentazione del disco originario dovuto alla formazione della stella primaria. La protostella secondari e più piccola inizia così a “rubare” la materia che precipita dalla primaria, tanto che alla fine del processo le due stelle potrebbero essere delle gemelli, quasi simili nelle dimensioni come nel caso di quelle appena osservate.

Studiare questa tipologia di stelle non è importante per comprendere solo le dinamiche di formazione di tali sistemi binari, ma anche perché oggetti celesti così massivi alla fine del loro ciclo vitale esplodono in violente supernova, liberando nello spazio metalli pesanti come il silicio, il calcio, lo zolfo, il ferro e il nichel che sono presenti sulla Terra. Tan, co-autore dello studio, ha sottolineato: “Comprendere la nascita di stelle così massive è un risultato decisivo, anche perché si tratta di oggetti importanti per tutto l’universo. Proprio queste stelle, alla fine della loro vita, producono gli elementi pesanti che hanno formato pianeti come la Terra e che si trovano nei nostri stessi corpi”.

Al momento, spiegano gli autori dello studio, questa è la prima osservazione diretta di formazione di un sistema binario. Solo un passo nella comprensione delle dinamiche che portano due stelle a formare un sistema in cui orbitano l’una intorno all’altra. Il prossimo passo dei ricercatori sarà dunque quello di dare la caccia ad altri oggetti simili in altre incubatrici stellare, per poter stabilire se quanto osservato da ALMA rappresenti un evento unico, oppure se sia il meccanismo più comune che descrive la nascita di tali stelle massive.

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