Stellar surf's up: Onde mostruose alte come tre soli si infrangono su una stella colossale.

10 agosto 2023

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a cura del Center for Astrophysics di Harvard-Smithsonian

Un sistema stellare estremo sta dando un nuovo significato alla frase "in alto le onde".

Il sistema stellare ha incuriosito i ricercatori perché è la stella "a battito cardiaco" più drammatica mai registrata. Ora nuovi modelli hanno rivelato che onde titanic, generate dalle maree, si rompono ripetutamente su una delle stelle del sistema: per la prima volta questo fenomeno è stato osservato su una stella.

Le stelle a "battito cardiaco" sono stelle in coppie strette che periodicamente pulsano in luminosità, come il ritmo di un battito cardiaco su un macchinario ECG. Le stelle nei sistemi a battito cardiaco si muovono lungo orbite ovali allungate. Ogni volta che si avvicinano, le gravità delle stelle generano maree, proprio come la Luna crea le maree oceaniche sulla Terra. Le maree allungano e distorcono le forme delle stelle, modificando la quantità di luce stellare vista provenire da loro quando i loro lati larghi o stretti si alternano di fronte alla Terra.

Uno studio recente spiega perché le fluttuazioni di luminosità di un sistema di stelle a battito cardiaco estremo misurano circa 200 volte maggiori rispetto alle tipiche stelle a battito cardiaco. La causa: onde gigantesche che si propagano sulla stella più grande, generate quando la stella compagna più piccola passa regolarmente vicino. Queste onde di marea raggiungono altezze e velocità tali che si frantumano, simili alle onde oceaniche, e si abbattono sulla superficie della grande stella.

Definito un "stella del cuore spezzato" dagli astronomi, il sistema offre un'occhiata senza precedenti a come interagiscono le stelle massicce.

"Ogni frangia delle alte onde di marea della stella rilascia abbastanza energia per disintegrare il nostro intero pianeta diverse centinaia di volte", afferma Morgan MacLeod, ricercatore postdottorato in astrofisica teorica presso il Center for Astrophysics di Harvard & Smithsonian (CfA) e autore di uno studio pubblicato su Nature Astronomy che riporta le scoperte. "Queste sono onde davvero grandi".

Eppure, secondo il professor Abraham (Avi) Loeb, supervisore di MacLeod, direttore dell'Istituto di Teoria e Calcolo presso il CfA e altro autore del lavoro scientifico, "Le onde frante nelle stelle sono belle come quelle sulle spiagge dei nostri oceani".

Le stelle a battito cardiaco sono state avvistate per la prima volta quando il telescopio spaziale Kepler della NASA, dedicato alla ricerca di esopianeti, ha individuato le loro sottili pulsazioni di luminosità stellare.

Tuttavia, la stella del cuore spezzato estremo è tutto tranne che sottile. La stella più grande del sistema ha una massa quasi 35 volte superiore a quella del Sole e, insieme alla sua compagna più piccola, è ufficialmente designata MACHO 80.7443.1718, non per la sua forza stellare, ma perché le variazioni di luminosità del sistema sono state registrate per la prima volta dal Progetto MACHO negli anni '90, che cercava segni di materia oscura nella nostra galassia.

La maggior parte delle stelle a battito cardiaco varia di luminosità solo di circa lo 0,1%, ma MACHO 80.7443.1718 ha colpito gli astronomi a causa delle sue oscillazioni di luminosità senza precedenti, che salgono e scendono del 20%. "Non conosciamo nessun'altra stella a battito cardiaco che varia in modo così selvaggio", afferma MacLeod.

Per svelare il mistero, MacLeod ha creato un modello al computer di MACHO 80.7443.1718. Il suo modello ha mostrato come la gravità interagente delle due stelle generi maree enormi nella stella più grande. Le onde di marea risultanti si innalzano fino a circa un quinto del raggio della stella gigante, pari a onde alte come tre Soli impilati l'uno sull'altro, o approssimativamente 2,7 milioni di miglia di altezza.

Le simulazioni mostrano che le onde enormi iniziano come onde lisce e organizzate, proprio come le onde dell'acqua dell'oceano, prima di arricciarsi su se stesse e frangersi. Come sanno i bagnanti, le onde oceaniche che si infrangono con forza spruzzano l'acqua di mare e creano bolle, lasciando "un gran pasticcio schiumoso" dove un tempo c'era un'onda liscia, afferma MacLeod.

La grande scarica di energia delle onde che si infrangono su MACHO 80.7443.1718 ha due effetti, mostra il modello di MacLeod. Fa ruotare la superficie stellare sempre più velocemente e lancia il gas stellare verso l'esterno per formare un'atmosfera stellare rotante e luminosa.

About once a month, the two stars pass each other and a fresh monster wave barrels across the heartbreak star's surface. Cumulatively, this agitation has caused the big star in MACHO 80.7443.1718 to bulge at its equator by about 50% more than at its poles. And, with each new passing wave, more material is flung outward, like 'spinning pizza crust flinging off chunks of cheese and sauce' says MacLeod. The signature glow of this atmosphere was one of the key clues that waves were breaking on the star's surface, according to MacLeod.

As unprecedented as MACHO 80.7443.1718 is, it is unlikely to be unique. Of the nearly 1,000 heartbeat stars discovered so far, about 20 of them display large brightness fluctuations approaching those of the system simulated by MacLeod and Loeb. 'This heartbreak star could just be the first of a growing class of astronomical objects,' MacLeod says. 'We're already planning a search for more heartbreak stars, looking for the glowing atmospheres flung off by their breaking waves.'

All things considered, MacLeod says we are lucky to have caught the star in this phase, 'We are watching a brief and transformative moment in a long stellar lifetime.' And by watching the colossal surf roll across a stellar surface, astronomers hope to gain an understanding of how close interactions shape the evolution of stellar pairs.

Journal information: Nature Astronomy

Provided by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics