Una Spirale da manuale per ALMA

Un team internazionale di astronomi, guidato da Hyosun Kim dell’Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA, Taiwan), ha trovato un modo per derivare la forma orbitale di stelle binarie che hanno periodi orbitali troppo lunghi per essere misurati. Questo è stato possibile grazie ad un’osservazione della stella LL Pegasi (nota anche come AFGL 3068) utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Lo studio è stato pubblicato su Nature Astronomy.

“È davvero entusiasmante vedere in cielo una formazione a spirale così bella. Le nostre osservazioni del sistema binario LL Pegasi hanno rivelato la geometria tridimensionale straordinariamente ordinata di questa struttura a spirale, e abbiamo sviluppato una teoria molto soddisfacente per spiegarne i dettagli”, ha detto Hyosun Kim.

Le nuove immagini di ALMA rivelano le formazioni dettagliate della spirale impresse nel materiale gassoso espulso in continuazione da LL Pegasi. Un confronto tra queste osservazioni e simulazioni al computer ha condotto il team, per la prima volta, alla conclusione che un’orbita altamente ellittica sia responsabile della morfologia della distribuzione del gas circostante il sistema binario. In particolare la biforcazione della forma a spirale, chiaramente visibile nelle immagini di ALMA, è un tratto distintivo delle binarie ellittiche. Questo oggetto da manuale apre una nuova finestra sulla natura delle binarie centrali attraverso i pattern ricorrenti che si trovano lontano dalla stella a distanze di poche migliaia di volte il raggio stellare.

“Poiché LL Pegasi si trova a 3.400 anni luce di distanza, la capacità notevole di ALMA di riprendere con elevata precisione formazioni a spirale così complesse è stata essenziale per il nostro studio”, ha detto Alfonso Trejo, uno degli autori.

Molte nebulose planetarie sono formate da strutture quasi sferiche nelle parti più esterne e strutture altamente asimmetriche nell’interno. Formazioni quasi sferiche includono quelle che sembrano spirali, gusci e archi, mentre le formazioni altamente non-sferiche sono bipolari o multipolari. La coesistenza di strutture così differenti dal punto di vista geometrico è enigmatica perché suggerisce la simultanea presenza di interazioni binarie sia strette che larghe.

Questo fenomeno è stato attribuito alle stelle binarie con orbite ellittiche. Come indicato dallo studio i parametri orbitali delle binarie centrali possono essere ottenuti da un attento esame delle formazioni ricorrenti esterne, che suggeriscono l’origine della transizione da strutture quasi sferiche a strutture asimmetriche.

LL Pegasi è una stella gigante con dimensione 200 volte quella solare, che sta perdendo massa. Per quanto riguarda le fasi evolutive stellari, si trova attualmente nel ramo asintotico delle giganti, e rispecchia il futuro del nostro Sole tra pochi miliardi di anni. Questa stella è diventata famosa grazie a un’immagine del telescopio Hubble che riprendeva la sua forma a spirale quasi perfetta. La presenza di una spirale attorno ad una stella evoluta non era mai stata riportata prima della scoperta di questo oggetto.

La regolarità del disegno era decisamente sorprendente, portando a ritenere che la struttura generasse da un sistema in orbita circolare. Ora è altrettanto stupefacente che questa spirale così ben definita sia influenzata da una binaria in orbita ellittica.

“Anche se l’immagine di Hubble ci mostra una bella struttura a spirale, è una proiezione bidimensionale di una forma tridimensionale, che è stata pienamente chiarita dai dati di ALMA”, afferma Raghvendra Sahai (JPL, USA), uno degli autori. La nuova immagine rivela l’informazione spazio-cinematica di gas denso molecolare nella formazione a spirale, svelando le dinamiche della perdita di massa dalla stella gigante modulate dal suo moto orbitale.

“L’intervallo dei bracci a spirale riconduce il periodo orbitale di LL Pegasi ad un periodo di circa 800 anni, periodo tale che il moto binario può essere a stento rilevato anche con osservazioni continue nell’ambito di varie vite umane. Decodificare il disegno a spirale è un modo intelligente per ripercorrere la storia del moto orbitale”, aggiunge Sheng-Yuan Liu, un co-autore.

“Mostrandoci questa straordinaria spirale la natura ha lasciato per noi dei chiari messaggi. Decifrarli per determinare le dinamiche delle stelle centrali è una sfida che gli astronomi si trovano ad affrontare”, conclude Hyosun Kim.
[ Barbara Bubbi ]

http://alma.mtk.nao.ac.jp/e/news/info/2017/0303an_extraordinary_celestial_spiral_with_a_twist.html

Credit: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), Hyosun Kim et al.