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Un diario di cose celesti

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WISE 1049−5319, una coppia di nane brune a due passi dal Sole

16 Mar 2013 01:37 AM – Michele Diodati

Erano quasi cento anni che non venivano scoperte nuove stelle nelle immediate vicinanze del Sole. Le ultime due erano state la stella di Barnard nel 1916 e Proxima Centauri nel 1917, due nane rosse distanti rispettivamente 6 e 4,23 anni luce dalla Terra (Proxima, la componente più fioca del sistema triplo di Alfa Centauri, è in assoluto la stella a noi più vicina).

Adesso, in un colpo solo, abbiamo due nuove stelle che si aggiungono a questa ristrettissima compagnia. Be', quasi-stelle, se vogliamo dirla tutta. Si tratta infatti di due nane brune, cioè tecnicamente stelle fallite, la cui massa è troppo scarsa per consentire di raggiungere nel nucleo la pressione e la temperatura sufficienti per innescare la fusione dell'idrogeno. Ciò non rende, però, la loro scoperta meno importante, anzi: un sistema di nane brune così vicino è un bersaglio ideale per la ricerca di esopianeti, sia tramite osservazione diretta sia attraverso la misurazione della velocità radiale.

Kevin Luhman, professore associato di astronomia e astrofisica della Penn State University, è giunto all'identificazione di queste nuove vicine del sistema solare con un vero e proprio lavoro da detective. L'articolo che descrive la sua scoperta è in attesa di pubblicazione su Astrophysical Journal Letters, ma è disponibile in pre-stampa su arXiv.org, con una seconda versione aggiornata al 12 marzo 2013.

Una rappresentazione artistica del sistema binario di nane brune WISE 1049−5319, con il Sole visibile sullo sfondo (<a href="http://f.cl.ly/items/2k1L373V450333461Q0S/luhman.jpg" target="_blank">vedi in alta risoluzione</a>). Cortesia: Janella Williams

Una rappresentazione artistica del sistema binario di nane brune WISE 1049−5319, con il Sole visibile sullo sfondo (<a href="http://f.cl.ly/items/2k1L373V450333461Q0S/luhman.jpg" target="_blank">vedi in alta risoluzione</a>). Cortesia: Janella Williams

La ricerca di Luhman è partita da un principio investigativo e da un archivio. Il principio era quello di identificare oggetti con un elevato moto proprio, cioè con un rapido cambiamento di posizione nel cielo rispetto a stelle e galassie circostanti: un importante indizio di vicinanza. L'archivio, invece, è quello del Wide-field Infrared Survey Explorer, o WISE, un telescopio spaziale della NASA, che, tra il 2010 e il 2011, ha catalogato l'intera volta celeste in quattro diverse bande dell'infrarosso: W1, corrispondente a una lunghezza d'onda di 3,4 micron, W2 (4,6 micron), W3 (12 micron) e W4 (22 micron).

Luhman si è tuffato nell'immenso catalogo di WISE, restringendo la sua ricerca a tutti gli oggetti che non avessero una controparte entro tre secondi d'arco in 2MASS, un'altra scansione del cielo negli infrarossi precedente a quella compiuta da WISE. Ciò per due motivi: cercare, appunto, oggetti con un elevato moto proprio (maggiore di 0,3 arcosecondi l'anno), ma anche corpi con temperature superficiali molto basse. Questi ultimi potevano non comparire in 2MASS, ma sarebbero stati invece visibili in WISE.

Dopo aver selezionato gli oggetti corrispondenti ai criteri indicati con l'aiuto di appositi software, Luhman ha confrontato le variazioni di posizione dei possibili candidati in diverse epoche di osservazione di WISE, alla ricerca di quelli che avessero il moto proprio più elevato. Fatta quest'ulteriore selezione, quasi tutti gli oggetti rimasti mostravano colori molto rossi, segno che non erano stelle ma galassie. I loro moti erano dunque apparenti, un probabile effetto di emissioni variamente risolte. Restava però un oggetto, un unico oggetto meno rosso degli altri, più simile per caratteristiche a una sorgente stellare: WISE J104915.57−531906.1 o, più brevemente, WISE 1049–5319.

Di questo oggetto esistevano nel catalogo di WISE tre distinti gruppi di osservazioni: 12 riferite al 9 gennaio 2010, 19 al 2 luglio 2010 e 18 al 6 gennaio 2011. Grazie a quest'abbondanza di materiale spalmato su un intero anno, Luhman ha potuto ricostruire la direzione e la velocità di spostamento di WISE 1049–5319 e calcolare dove sarebbe dovuto apparire in altre scansioni del cielo, eseguite in epoche precedenti. Bingo! La stellina era proprio là dove Luhman si aspettava che fosse nei cataloghi di tre diverse survey: 2MASS, DENIS e DSS. Possedeva adesso la traccia lasciata da WISE 1049–5319 su un arco di ben 35 anni, con la posizione più antica trovata in immagini del 1978 tratte dalla Digitized Sky Survey (DSS) e la più recente definita da un'osservazione compiuta il 23 febbraio 2013 con il telescopio Gemini Sud.

L'elevato moto proprio di WISE 1049–5319 risalta chiaramente confrontando le immagini in cui l'oggetto è stato riconosciuto, estese su un arco di tempo che va dal 1978 al 2013. Cortesia: arXiv:1303.2401v2 [astro-ph.GA]

L'elevato moto proprio di WISE 1049–5319 risalta chiaramente confrontando le immagini in cui l'oggetto è stato riconosciuto, estese su un arco di tempo che va dal 1978 al 2013. Cortesia: arXiv:1303.2401v2 [astro-ph.GA]

I dati forniti dall'osservatorio Gemini sono stati cruciali per la caratterizzazione di WISE 1049–5319. Innanzitutto, l'elevata risoluzione angolare fornita dal telescopio ha permesso di risolvere l'indistinta sorgente luminosa che appariva nelle fonti precedenti in una coppia di stelle separate da 1,5 secondi d'arco, di luminosità relativamente simile (0,45 magnitudini di differenza nel vicino infrarosso).

In secondo luogo, la spettroscopia, eseguita con il Gemini Multi-Object Spectrograph sulla componente più luminosa del sistema (quella posta a sud-est, che indicheremo da ora in poi con la lettera 'A'), ha consentito di riscontrare una fortissima somiglianza tra lo spettro di WISE 1049–5319A e quello di una nana standard di classe spetttrale L8, catalogata nella survey 2MASS. Poiché il limite inferiore per una stella in grado di fondere l'idrogeno corrisponde alla classe L5, lo spettro di WISE 1049–5319A suggerisce decisamente che si tratti di una nana bruna, cioè una stella fallita, incapace di bruciare idrogeno.

La "diagnosi" è ulteriormente confermata dalla presenza nello spettro di forti righe di assorbimento del litio. Occorre che una stella abbia una massa di almeno 65 masse gioviane per riuscire a fondere il litio, per cui la rilevazione di questo elemento nell'atmosfera è una prova abbastanza certa che il corpo osservato possiede una massa minore e dunque è una nana bruna.

Ora, se la più luminosa delle due stelle di WISE 1049–5319 è una nana bruna, deve esserlo a maggior ragione anche la meno luminosa delle due: secondo Luhman, quest'ultima, in base al suo flusso luminoso, si trova probabilmente al confine tra le classi L e T (dove con la lettera T si indicano oggetti ancora più freddi di quelli di classe L).

Lo spettro di WISE 1049–5319A (la riga nera continua) si sovrappone quasi perfettamente a quello di una nana di classe L8 nel catalogo 2MASS (la riga rossa tratteggiata). Cortesia: arXiv:1303.2401v2 [astro-ph.GA]

Lo spettro di WISE 1049–5319A (la riga nera continua) si sovrappone quasi perfettamente a quello di una nana di classe L8 nel catalogo 2MASS (la riga rossa tratteggiata). Cortesia: arXiv:1303.2401v2 [astro-ph.GA]

Ma tutte queste informazioni non ci dicono ancora nulla di preciso sulla caratteristica più importante di questo altrimenti modesto sistema binario: la sua vicinanza al sistema solare. L'esatta determinazione di tale distanza è stato il tassello finale del lavoro investigativo di Luhman.

Potendo contare sulla ricostruzione degli spostamenti di WISE 1049–5319 su un arco di 35 anni, l'autore aveva finalmente a disposizione elementi sufficienti per calcolare la parallasse del sistema binario, cioè la misura dell'angolo descritto dalla coppia di stelle rispetto alla Terra a distanza di sei mesi, in conseguenza dello spostamento della Terra da un punto al punto opposto della sua orbita intorno al Sole. Da tale angolo è poi facile risalire alla distanza dell'oggetto osservato, espressa in parsec.

Dai calcoli effettuati, la parallasse del sistema binario è risultata di 0,496 ± 0,037 secondi d'arco, una misura che si traduce in una distanza di 2,0 ± 0,15 parsec. Ma due parsec equivalgono ad appena 6,5 anni luce! Ecco dunque come le due stelline di WISE 1049–5319 hanno conquistato il terzo posto tra gli oggetti più vicini al sistema solare, subito dopo il sistema triplo di Alfa Centauri e la stella di Barnard.

C'è da scommettere che sentiremo ancora parlare di loro.

Nelle immagini di WISE la nostra coppia di nane brune appare come una sola, indistinta sorgente luminosa. Ma allo sguardo più profondo del telescopio Gemini, l'oggetto è risolto in due stelle chiaramente separate, visibili nel riquadro in altro a destra (<a href="http://science.psu.edu/alert/photos/research-photos/astro/2.jpg" target="_blank">vedi in alta risoluzione</a>). Secondo Luhman, il probabile periodo orbitale delle due stelle è di circa 25 anni. Cortesia: NASA/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF

Nelle immagini di WISE la nostra coppia di nane brune appare come una sola, indistinta sorgente luminosa. Ma allo sguardo più profondo del telescopio Gemini, l'oggetto è risolto in due stelle chiaramente separate, visibili nel riquadro in altro a destra (<a href="http://science.psu.edu/alert/photos/research-photos/astro/2.jpg" target="_blank">vedi in alta risoluzione</a>). Secondo Luhman, il probabile periodo orbitale delle due stelle è di circa 25 anni. Cortesia: NASA/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF

La mappa delle vicine del Sole, con le relative distanze espresse in anni luce (<a href="http://science.psu.edu/alert/photos/research-photos/astro/Luhman_map_32012.jpg" target="_blank">vedi in alta risoluzione</a>). Cortesia: Janella Williams

La mappa delle vicine del Sole, con le relative distanze espresse in anni luce (<a href="http://science.psu.edu/alert/photos/research-photos/astro/Luhman_map_32012.jpg" target="_blank">vedi in alta risoluzione</a>). Cortesia: Janella Williams

Parallasse, moto proprio e fotometria di WISE 1049-5319. Cortesia: arXiv:1303.2401v2 [astro-ph.GA]

Parallasse, moto proprio e fotometria di WISE 1049-5319. Cortesia: arXiv:1303.2401v2 [astro-ph.GA]

Riferimenti

Tag: articoli, nane brune, WISE, WISE 1049–5319, infrarosso, moto proprio

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