« Sappiamo che il carbonio è necessario per la formazione di pianeti rocciosipianeti rocciosi e sistemi solari come il nostro. È emozionante dare un’occhiata a come funzionano i sistemi stellari binariobinario non solo creano polvere ricca di carbonio, ma la spingono anche nel nostro vicinato galattico “, spiega in un comunicato stampa della NASA Jennifer Hoffman, coautrice di un articolo pubblicato su Lettere del diario astrofisico e professore all’Università di Denver. L’astrofisico e i suoi colleghi hanno appena riportato alla ribalta Wolf-Rayet 140, una stella che i ricercatori studiano ormai da tempo, da ultimo con gli strumenti della telescopio spazialetelescopio spaziale James-Webb (JWSTJWST). Questo è un sistema binariosistema binario già studiato con il telescopio Hubble e che si trova a circa 5.600 anni luceanni luce del Sistema Solare nella Via Lattea guardando nella direzione del costellazionecostellazione del Cigno.
In precedenti articoli a riguardo, Futura aveva già spiegato che, proprio come il telescopio Hubble, anche il JWST potrebbe dare un contributo a molte questioni diastrofisicaastrofisica e di cosmologiacosmologia. Non si limitano allo studio del primo galassiegalassie ovvero l’analisi della composizione chimica del atmosfereatmosfere D’esopianetiesopianeti. Sappiamo, ad esempio, che il polvere interstellarepolvere interstellare che rappresentano circa l’1% del nuvolenuvole Le molecole dense e fredde sono un ingrediente chiave nella formazione di stelle e pianeti. Tuttavia, si scopre che i vari processi di produzione di questa polvere non sono ancora così ben compresi come i cosmochimici e astrofisiciastrofisici lo vorrebbe.
Lo sapevate?
Le stelle di Wolf-Rayet sono conosciute dal 1867. Furono scoperte, come suggerisce il nome, da Charles Wolf e Georges Rayet, dell’Osservatorio di Parigi, osservando tre stelle della costellazione del Cigno per effettuare studi relativi ad una disciplina molto giovane poi in pieno sviluppo in seguito al lavoro del fisico tedesco Gustav Kirchhoff e del chimico Robert Bunsen: la spettroscopia.
Queste stelle apparivano anomale per la presenza di strane righe di emissione spettrale di origine sconosciuta. Astrofisici del 20° secoloe secolo capirà che le stelle WR sono stelle massicce superiori a 10 masse solari che osserviamo alla fine della loro vita mentre le instabilità le portano ad espellere parte dei loro strati superiori, come preludio alle esplosioni di supernove di tipo SN II.
Vivono quindi solo pochi milioni di anni al massimo sulla sequenza principale, sintetizzando elementi come carbonio e ossigeno, prima di collassare gravitazionalmente. L’esplosione lascerà quindi una stella di neutroni come un cadavere stellare e, per le stelle più massicce, a volte buchi neri stellari.
Ecco perché, per vedere le cose più chiaramente, sono nati programmi per lo studio di sistemi a stelle doppie conosciuti come binarie di Wolf-Rayet (WR). prese d’ariaprese d’aria erano in corso collisioni con il JWST. Sono, infatti, efficienti produttori di polvere nelUniversoUniverso attuali locali e soprattutto, si ritiene, esempi rappresentativi di altre binarie di venti in collisione che probabilmente esistevano nelle galassie primordiali.
È noto da decenni che WR 140 è una stella doppia massiccia comprendente una stella Wolf-Rayet di tipo WC7 e una stella O5, probabilmente una stella supergigante blusupergigante blu. Entrambe le stelle soffiano venti stellari veloci (circa 3.000 km/s) sotto l’effetto di pressione di radiazionepressione di radiazione prodotto da luminositàluminosità su 103 alle 104 volte quello di SoleilSoleil. Il che porta quindi a perdite di massamassa significativo, circa 10-5 e 10-6 masse solari/anno.
Bolle di polvere giganti
Le immagini JWST recenti sono false coloricolori perché preso ininfrarossiinfrarossi. Esibiscono gli otto rami prodotti dal fenomeno dell’ diffrazionediffrazione con il specchispecchi del telescopio (vedi su questo fenomeno l’opera cult sull’ottica di Eugene Hecht). Si tratta quindi di un artefatto, ma non è così per la serie di archi circolari che circondano il binario centrale in queste immagini.
Queste sono conchiglie di gasgas che appaiono come anelli perché i bordi di questi gusci, che non sono perpendicolari alla vista dell’osservatore, rappresentano la radiazione di “colonne” di questionequestione più spesso sulla linea di vista.
L’esistenza di queste conchiglie non è misteriosa e si capisce come vengano prodotte periodicamente ogni 7,94 anni circa. Sono visibili circa 20 anelli e, secondo gli astrofisici, il più giovane è nato nel 2016. Ma come fanno a saperlo?
Questa animazione mostra la produzione di polvere nel sistema stellare binario WR 140 mentre l’orbita della stella Wolf-Rayet si avvicina alla stella di tipo O e i loro venti stellari si scontrano. Venti più forti provenienti dalla stella Wolf-Rayet soffiano dietro la stella O e sulla sua scia si crea polvere mentre il materiale stellare misto si raffredda. Man mano che il processo si ripete, la polvere formerà un guscio. © NASA, ESA e J. Olmsted (STScI)
La determinazione dei parametri orbitali delle stelle di WR 140 mostra che sono accese orbiteorbite abbastanza rispettivo eccentricieccentriciin modo che si uniscano in modo coerente raggiungendone uno periastroperiastro (la distanza più breve che li separa) circa ogni 7,94 anni.
La collisione tra i venti stellari prodotti dalle due stelle è in questo periodo piuttosto violenta, e nasce così una bolla di materiale in espansione, che raffreddandosi farà condensare la polvere. Sono queste polveri che vengono riscaldate dalla radiazione ultraviolettoultravioletto delle due giovani stelle massicce si raffredderanno poi irradiandosi nell’infrarosso, rivelando i gusci in espansione quando osservati dal JWST. Possiamo quindi vedere tipi di stratistrati testimoniando la storia passata di circa 160 anni del binario.
Questo video alterna due osservazioni del telescopio spaziale James Webb di Wolf-Rayet 140, un sistema a due stelle che ha emesso più di 17 gusci di polvere in 130 anni. Le osservazioni alla luce del medio infrarosso li evidenziano con eccellente chiarezza. Confrontando queste due osservazioni, effettuate a soli 14 mesi di distanza, i ricercatori hanno dimostrato che la polvere nel sistema si è diffusa. Tutta la polvere in ciascun guscio si muove a quasi l’1% della velocità della luce. Le stelle sono molto luminose, il che ha portato a picchi di diffrazione in entrambe le immagini. Questi sono artefatti, non caratteristiche significative. ©Giuseppe DePasquale; Space Telescope Science Institute, Amministrazione nazionale aeronautica e spaziale, Agenzia spaziale europea, Agenzia spaziale canadese
Gusci di polvere che si espandono a più di 2.600 chilometri al secondo!
Il comunicato stampa della NASA specifica che i venti stellari di ciascuna stella della binaria WR 140 si scontrano periodicamente (per diversi mesi ogni otto anni), per cui la materia viene compressa e si forma polvere ricca di carbonio. Le ultime osservazioni di Webb mostrano 17 gusci di polvere che brillano nella luce del medio infrarosso e quindi si espandono a intervalli regolari nello spazio circostante a oltre 2.600 chilometri al secondo.
Il che porta Emma Lieb, autrice principale del nuovo articolo e dottoranda presso l’Università di Denver, in Colorado, a dire che JWST “ non solo ha confermato che questi gusci di polvere sono reali, ma i suoi dati hanno anche mostrato che i gusci di polvere si muovono verso l’esterno velocitàvelocità costante, rivelando cambiamenti visibili in periodi di tempo incredibilmente brevi “, il che fa dire anche a Jennifer Hoffman che” siamo abituati a pensare che gli eventi nello spazio si svolgano lentamente, nel corso di milioni o miliardi di anni. In questo sistema, l’osservatorio mostra che i gusci di polvere si espandono da un anno all’altro ».
Questi gusci possono persistere per più di 130 anni, quindi nel corso della vita della stella di WR emergeranno decine di migliaia di gusci di polvere (ciascuno piccolo quanto un centesimo della larghezza di un capello umano) nel corso di centinaia di migliaia di anni.
Lo sappiamo infatti grazie al teoria dell’evoluzioneteoria dell’evoluzione stellare ben corroborato dalle osservazioni che stelle almeno 10 volte più massicce del Sole possono vivere solo pochi milioni di anni al massimo prima di esplodere supernovasupernova lasciandolo come un cadavere stellare a stella di neutronistella di neutroni o a buco nerobuco neroo addirittura implodere direttamente in un buco nero.
Estratto dal documentario Dal Big Bang alla vitaassociato al sito omonimo, un progetto multipiattaforma francofono sulla cosmologia contemporanea. Jean-Pierre Luminet parla della morte delle stelle massicce, della loro esplosione come supernova e della formazione delle pulsar. ©Produzioni ECP, YouTube
