Quando "due" stelle diventano "una" stella: il fenomeno della coalescenza

Quella che fino a non molto tempo fa si "spacciava" per una normale stella circondata da una bellissima e colorata nebulosa, è stata "smascherata" essere un "merger", cioè il risultato della fusione di due stelle. Questo il risultato di uno studio durato anni ed ora recentemente pubblicato.

I sistemi binari stellari

Quando in una nube molecolare gigante (si tratta di strutture gigantesche costituite prevalentemente di idrogeno molecolare H₂), o in una sua porzione, si innesca un processo di collasso gravitazionale, questa si suddivide progressivamente in frammenti sempre più piccoli che porteranno alla formazione delle stelle.

Mediamente nel 50% dei casi, uno stesso frammento porta alla formazione non di una singola stella ma di un sistema di 2 o più stelle (detti sistemi stellari binari o multipli).

Queste stelle risulteranno gravitazionalmente legate tra loro. In parole semplici, le due ruotano l’una attorno all’altra.

Una caratteristica dei sistemi binari è che, essendosi formate dallo stesso frammento di nube molecolare, le due stelle componenti condividono la stessa età e stessa composizione chimica iniziale.

Il fenomeno del "merging"

Si è più volte detto come la fine della vita di una stella dipenda sostanzialmente dalla sua massa.

Le stelle molto massicce (con massa almeno 8 volte maggiore di quella del Sole) muoiono violentemente, in seguito all'esplosione di supernova. In seguito all'esplosione esse formano una stella di neutroni o un buco nero.

Le stelle di piccola massa hanno una fine meno violenta, espellendo solo gli strati più esterni (che formano una struttura chiamata "nebulosa planetaria"), formano una nana bianca.

Tuttavia, per le stelle appartenenti a sistemi binari è possibile un'altra fine! In alcuni casi, è possibile che le due stelle, spiraleggiando l'una verso l'altra, arrivino a fondersi formando un'unica stella. Questa nuova stella avrà caratteristiche diverse dalle due stelle iniziali.

Questa fusione tra le due componenti di un sistema binario viene chiamata "coalescenza" o "merging" in inglese.

Risulta che il nuovo oggetto, che chiameremo merger, ha un intenso campo magnetico (mentre le stelle di partenza, se massicce, ne erano prive), una maggiore velocità di rotazione, avendo acquisito il momento angolare di entrambe le stelle. Inoltre, nel processo di merging viene espulsa una significativa frazione di gas che, provenendo anche dal nucleo delle due stelle iniziali, è particolarmente ricco di elementi pesanti (cioè elementi quali elio, carbonio, ossigeno, ferro sintetizzati dalle reazioni di fusione termonucleare nel nucleo delle stelle). Pertanto, il merger risulta circondato da una nebulosa di gas ricca di elementi pesanti.

In altre parole, esiste una sorta di identikit che permette di distinguere una stella singola da un merger che si è formato dalla coalescenza di due stelle.

HD 148937: il merger recentemente smascherato

HD148937 era noto fino ai tempi più recenti come un sistema binario (tecnicamente una binaria spettroscopica) formato da due stelle massicce. Tuttavia, alcune caratteristiche avevano sollevato un certo interesse nei suoi confronti.

Una prima curiosità nasceva dal fatto che questa binaria di stelle massicce fosse circondata da una nebulosa di gas ,peraltro molto bella (chiamata NGC6164/6165), circostanza raramente riscontrata nelle stelle massicce.

Una seconda curiosità nasceva dal fatto che una delle due stelle risultasse essere circa 1.5 milioni di anni più giovane dell'altra, quando, come detto prima, le stelle di un sistema binario, formandosi contemporaneamente, devono avere la stessa età.

Ultima curiosità nasceva dall'evidenza che la nebulosa che circonda il sistema binario fosse ricca di elementi pesanti, quali azoto, carbonio, ossigeno che, solitamente si trovano nel nucleo delle stelle e non al loro esterno. Tranne che un qualche fenomeno violento fosse avvenuto.

Un team di ricercatori guidato da Abigail Frost, astronomo dell'ESO in Cile, e da Hugues Sana, professore alla Katholieke Universiteit Leuven in Belgio, principale investigatore delle osservazioni, hanno intrapreso diversi anni fa uno studio di HD148937, basato su osservazioni di archivio e nuove osservazioni.

Le nuove osservazioni sono state effettuate con il telescopio VLTI dell'ESO, usando gli strumenti PIONIER e GRAVITY, e dati spettroscopici raccolti con lo spettrografo FEROS.

Lo studio, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Science, ha svelato che la stella più giovane del sistema è un merger.

Si tratta, quindi, di un sistema stellare inizialmente triplo, formato da tre distinte stelle ma gravitazionalmente legate, che ruotavano attorno al loro comune centro di massa. Di queste, due ruotavano sufficientemente vicine da essersi unite formando un nuovo oggetto - il merger-, ricco di intensi campi magnetici (generatisi nel processo di fusione) ed espellendo frazione del gas interno che ha formato una bellissima nebulosa. Infine, il processo di fusione ha prodotto una sorta di ringiovanimento (come risulta da un confronto con i modelli evolutivi) per cui ne è risultata una stella solo apparentemente più giovane dell'altra.

I risultati di questo studio sono rilevanti per la futura identificazione di altri mergers, necessaria per una comprensione maggiore di questo interessante fenomeno.