Quando stelle come il nostro Sole esauriscono il loro combustibile a idrogeno, entrano in quella che è conosciuta come la loro fase Red-Giant-Branch (RGB). Questo è caratterizzato dalla stella che si espande a più volte della sua dimensione originale, dopo di che si liberano dei loro strati esterni e diventano nani bianchi compatti. Nel corso dei prossimi miliardi di anni, si ritiene che queste stelle consumeranno lentamente eventuali oggetti e anelli di polvere ancora abbastanza vicini da essere influenzati dalla loro gravità.
Tuttavia, una cittadina scienziata di nome Melina Thévenot ha recentemente fatto una scoperta sorprendente osservando un sistema di nani bianchi. Sulla base dei dati della missione WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), questa stella è stata una nana bianca per miliardi di anni, ma ha ancora più anelli di polvere attorno ad essa. Conosciuta come LSPM J0207 + 3331 (o J0207), questa scoperta potrebbe costringere i ricercatori a riconsiderare modelli di sistemi planetari.
La scoperta è stata fatta attraverso Backyard Worlds: Planet 9, un progetto guidato da Marc Kuchner (un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA) che si affida ai volontari per ordinare i dati WISE per nuove scoperte. Situati a circa 145 anni luce di distanza nella costellazione del Capricorno, gli astronomi sospettano che J0207 potrebbe essere il primo esempio noto di un nano bianco con più anelli di polvere e il più antico.
La scoperta è stata anche oggetto di un recente studio pubblicato su Il diario astrofisico ("Un nano bianco di 3 Gyr con polvere calda scoperto attraverso i mondi del cortile: Planet 9 Citizen Science Project"). Come ha rivelato John Debes, astronomo dello Space Telescope Science Institute di Baltimora e autore principale dell'articolo, in un recente comunicato stampa della NASA:
“Questo nano bianco è così vecchio che qualunque processo alimenta il materiale nei suoi anelli deve operare su scale temporali di miliardi di anni. La maggior parte dei modelli che gli scienziati hanno creato per spiegare gli anelli intorno alle nane bianche funzionano bene fino a circa 100 milioni di anni, quindi questa stella sta davvero sfidando i nostri presupposti su come si evolvono i sistemi planetari. ”
La stella è stata rilevata dalla missione WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) della NASA che ha raccolto un forte segnale a infrarossi, suggerendo la presenza di polvere. In base alla velocità con cui le stelle bianche nane si raffreddano nel tempo, il team di Debes ha calcolato dalle sue temperature superficiali - poco più di 5.800° C (10.500° F) - che J0207 è stato nella sua fase di nana bianca per circa 3 miliardi di anni.
Queste nuove scoperte contraddicono ciò che gli astronomi sospettavano da tempo sull'evoluzione dei sistemi stellari. In passato, gli astronomi hanno osservato come pianeti e asteroidi che sopravvivono alla fase RGB di una stella si sposteranno più lontano dopo che entrerà nella sua fase di nana bianca. Ciò è dovuto al fatto che la stella ha perso gran parte della sua massa, e quindi la sua influenza gravitazionale sugli oggetti circostanti.
Gli astronomi prevedono che questo sarà ciò che accadrà al nostro sistema solare tra circa 5 miliardi di anni. Dopo essersi espanso per includere Venere, Mercurio e Terra, il nostro Sole perderà i suoi strati esterni e diventerà un nano bianco. A questo punto, i pianeti e gli oggetti rimanenti (che probabilmente includeranno la Cintura di asteroidi principale, i giganti gassosi e la Cintura di Kuiper) andranno tutti alla deriva verso l'esterno.
Tuttavia, nell'1-4% dei casi, le nane bianche hanno mostrato emissioni infrarosse che indicano che sono circondate da dischi o anelli di polvere. Gli scienziati teorizzano che questo potrebbe essere il risultato di asteroidi e comete cacciati dalle loro cinture attraverso l'interazione gravitazionale con pianeti sfollati e inviati verso la stella. Man mano che questi corpi si avvicinano alla nana bianca, vengono lacerati dalla perturbazione delle maree causata dalla forte gravità della stella.
I detriti risultanti formerebbero quindi un anello polveroso che cade lentamente verso l'interno e si accumula sulla superficie della stella. Tuttavia, in tutti i casi precedenti, dischi e anelli di polvere sono stati osservati solo attorno a nane bianche che avevano circa un miliardo di anni. Ciò sembrava coerente con l'idea che le vecchie nane bianche avevano effettivamente esaurito la loro scorta di asteroidi e gli anelli di polvere risultanti.
Quest'ultima scoperta rende effettivamente J0207 la nana bianca più antica e fredda con polvere mai osservata. Quando ha notato per la prima volta i segnali a infrarossi di J0207, Melina Thévenot pensava che fossero dati errati. All'epoca, aveva cercato nell'Agenzia spaziale europea Gaia archivi di missione per nani bruni, che sono appena rilevabili oltre le loro emissioni infrarosse.
Dopo aver consultato i dati WISE sull'infrarosso, si rese conto che era troppo luminoso e distante per essere un nano bruno. Thévenot ha trasmesso questi risultati al team di Backyard Worlds: Planet 9, che ha poi ottenuto osservazioni di follow-up dall'Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii. Come ha spiegato Thévenot:
"Questo è un aspetto davvero motivante della ricerca. I ricercatori sposteranno i loro telescopi per guardare i mondi che hai scoperto. Ciò che mi piace particolarmente, tuttavia, è l'interazione con il fantastico team di ricerca. Tutti sono molto gentili e cercano sempre di trarre il meglio dalle nostre scoperte. "
Inoltre, Debes e i suoi colleghi sospettano che J0207 possa persino avere un sistema di anelli. Suggeriscono nel loro studio che ciò consisterebbe in due componenti distinte: un sottile anello esterno in cui la gravità della nana bianca rompe gli asteroidi e un anello più largo più vicino alla stella. È probabile che queste nuove osservazioni costringano gli astronomi a riconsiderare i loro modelli sull'evoluzione dei sistemi planetari.
"Abbiamo costruito Backyard Worlds: Planet 9 principalmente per cercare nani bruni e nuovi pianeti nel Sistema Solare", ha detto Kuchner. “Ma lavorare con cittadini scienziati porta sempre a sorprese. Sono voraci: il progetto ha appena festeggiato il suo secondo compleanno e hanno già scoperto più di 1.000 probabili nane brune. Ora che abbiamo riavviato il sito Web con il doppio della quantità di dati WISE, non vediamo l'ora di scoprire scoperte ancora più entusiasmanti ".
Oltre a forzare un ripensamento di come il sistema planetario si evolve nel tempo, questa ricerca potrebbe fornire indizi sul futuro del nostro Sistema Solare. Una volta che il nostro Sole diventerà una nana bianca, è probabile che trascorra i prossimi miliardi di anni a consumare asteroidi e KBO che vengono espulsi dalle cinture dai giganti gassosi sopravvissuti. Secondo questo ultimo studio, potrebbe anche avere un anello di polvere circa diversi miliardi di anni dopo.
E mentre questa scoperta è stata una manna per gli astronomi, dimostra anche ciò che è possibile grazie alle collaborazioni tra organizzazioni scientifiche e cittadini scienziati. Nell'era della ricerca esopianeta e dell'astronomia avanzata, il volume di dati rende queste collaborazioni non solo necessarie, ma altamente redditizie.
