La nascita di una farfalla celeste

Grazie al nuovo strumento SPHERE gli esperti hanno ottenuto alcune delle immagini più nitide mai scattate con il telescopio VLT (Very Large Telescope) dell’ESOI ricercatori, infatti, hanno rivelato per la prima volta una stella invecchiata che dà alla luce, per così dire, una nebulosa planetaria simile a una farfalla. Le osservazioni della gigante rossa L2 Puppis, con il metodo osservativo ZIMPOL dello strumento SPHERE (appena installato sul telescopio), hanno mostrato chiaramente anche una compagna. Gli ultimi stadi di vita di una stella morente continuano a porre nuove questioni agli astronomi e l’origine di queste nebulose bipolari, con le loro forme complesse e affascinanti simili a clessidre, ancora di più. A circa 200 anni luce di distanza, L2 Puppis è una delle giganti rosse più vicine alla Terra che sta entrando nello stadio finale della propria vita. Le nuove osservazioni ottenute con il modo osservativo ZIMPOL dello strumento SPHERE sono state effettuate in luce visibile con l’uso di un’ottica adattiva estrema, che corregge le immagini molto meglio rispetto all’ottica adattiva usuale, permettendo così di vedere in dettaglio anche oggetti e strutture deboli vicine a sorgenti brillanti. Questi sono i primi risultati ottenuti grazie a questo modo osservativo e le immagini più dettagliate di questa stella. ZIMPOL può produrre immagini tre volte più risolte di quelle del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA: le nuove osservazioni mostrano nei minimi dettagli la polvere che circonda L2 Puppis, confermando i risultati precedenti, ottenuti con NACO, che la polvere è distribuita in un disco che da Terra appare quasi di taglio, e offrendo una veduta ancora più dettagliata. SPHERE/ZIMPOL usa un’ottica adattiva estrema per creare immagini al limite di diffrazione, molto più vicina di quanto fossero in grado gli strumenti precedenti a raggiungere i limiti teorici del telescopio senza atmosfera. L’ottica adattiva estrema permette anche di vedere oggetti molto più deboli vicini a stelle brillanti. Le immagini sono prese in luce visibile – a lunghezze d’onda più corte di quelle del vicino infrarosso, banda in cui operano la maggior parte dei sistemi precedenti di ottica adattiva. Questi due fattori concorrono a produrre immagini molto più nitide delle precedenti immagini con il VLT. Risoluzione spaziale ancora maggiore è stata ottenuta con il VLTI (l’interferometro del VLT), ma l’interferometro non produce direttamente immagini. Le misure di polarizzazione da ZIMPOL permettono anche di ricostruire un modello tridimensionale delle strutture di polvere. La polvere nel disco è molto efficiente nel diffondere la luce della stella verso la Terra e polarizzarla, un effetto che l’equipe può sfruttare per costruire una mappa tridimensionale dell’inviluppo usando dati sia da ZIMPOL che da NACO e un modello di disco basato sul codice di trasferimento radiativo RADMC-3D, che usa un dato insieme di parametri per la polvere per simulare i fotoni che si propagano attraverso di essa. Gli astronomi hanno trovato che il disco di polvere inizia a circa 900 milioni di chilometri dalla stella – poco più che la distanza tra il Sole e Giove – e hanno scoperto che si gonfia verso l’esterno, creando una struttura simmetrica, a forma di imbuto, che circonda la stella. L’equipe osservativa ha anche individuato una seconda sorgente di luce a circa 300 milioni di chilometri – il doppio della distanza tra la Terra e il Sole – da L2 Puppis. Questa stella compagna così vicina potrebbe essere un’altra gigante rossa di massa leggermente inferiore e meno evoluta. La combinazione di una grande quantità di polvere che circonda una stella morente e della presenza di una stella compagna implicano che questo è proprio il tipo di sistema che ci si aspetta che crei una nebulosa planetaria bipolare. I tre elementi, la polvere, la stella morente e la compagna, sembrano necessari, ma ci vuole anche tanta fortuna se vogliamo che portino alla nascita di una farfalla celeste da questa crisalide polverosa. Pierre Kervella, il primo autore dell’articolo, ha spiegato: «L’origine delle nebulose planetarie bipolari è uno dei problemi classici della moderna astrofisica, e in particolare la questione di come, esattamente, le stelle rimandino il loro prezioso carico di metalli nello spazio – un processo importante perché è proprio questo materiale che verrà usato per produrre le generazioni successive di sistemi planetari». Oltre al disco svasato di L2 Puppis, l’equipe ha anche scoperto due coni di materiale che escono perpendicolarmente al disco. Ancora più importante: all’interno dei coni hanno visto due colonne di materiale lunghe e un po’ ricurve. Dal punto di origine di questi pennacchi l’equipe deduce che una è probablimente il prodotto dell’interazione tra la materia emessa da L2 Puppis e il vento stellare della compagna e la sua pressione di radiazione, mentre l’altra potrebbe essere sorta in seguito alla collisione tra l venti stellari delle due stelle oppure essere il risultato di un disco di accrescimento intorno alla stella compagna. Anche se molto resta ancora da capire, due teorie sulla formazione delle nebulose planetarie rimangono in auge, entrambe basate sulla presenza di un sistema stellare binario. La prima teoria vuole che la polvere prodotta dal vento stellare della stella primaria morente sia confinata in un’orbita ad anello intorno alla stella dal vento stellare e della pressione di radiazione della stella compagna. Ogni ulteriore perdita di massa dalla stella primaria viene quindi indirizzata o collimata da questo disco, e il materiale viene forzato a uscire verso l’esterno in due colonne opposte, perpendicolari al disco. Le nuove osservazioni suggeriscono che entrambi questi processi siano in atto intorno a L2 Puppis, rendendo molto probabile l’ipotesi che la coppia di stelle darà alla luce, a tempo debito, una farfalla. Pierre Kervella ha concluso: «Poiché la compagna orbita intorno a L2 Puppis in pochi anni, pensiamo di poter vedere come la compagna modelli il disco della gigante rossa. Sarà possibile seguire l’evoluzione delle strutture della polvere intorno alla stella in tempo reale – una prospettiva rara ed entusiasmante».
di Eleonora Ferroni (INAF)

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