Un’immagine del sistema binario WR 140, catturata dal telescopio spaziale James Webb NASA/ESA/CSA nel luglio 2022, ha sconcertato gli astronomi di tutto il mondo, facendo persino spuntare ipotesi secondo cui poteva essere la prova di una megastruttura aliena. Ora, in due nuovi studi, gli astronomi spiegano che i 17 anelli concentrici attorno a WR 140 sono in realtà una serie di gusci di polvere creati dall’interazione tra una coppia di stelle calde.
WR 140 è un sistema binario situato a circa 6.065 anni luce di distanza nella costellazione del Cigno. Conosciuto anche come HD 193793, HIC 100287 o IRAS 20187+4341, il sistema è composto da un’enorme stella Wolf-Rayet e da una stella supergigante blu ancora più grande, legata gravitazionalmente in un’orbita di 7,93 anni.
WR 140 emette episodicamente pennacchi di polvere che si estendono migliaia di volte la distanza dalla Terra al Sole. Questi pennacchi, prodotti ogni 8 anni, offrono agli astronomi un’opportunità unica di osservare come la luce delle stelle può influenzare la materia.
“Puntualissimo, WR 140 emette un anello scolpito ogni 8 anni, che viene poi gonfiato nel vento stellare come un pallone,” ha affermato il prof. Peter Tuthill, astronomo del Sydney Institute for Astronomy presso l’Università di Sydney. “Otto anni dopo, quando la stella binaria ritorna nella sua orbita, appare un altro anello, lo stesso di quello precedente, che scorre nello Spazio all’interno della bolla del precedente“.
Poiché le due stelle si trovano in orbite ellittiche anziché circolari, la produzione di polvere inizia e finisce quando la compagna binaria di WR 140 si avvicina e poi si allontana dal punto di minima distanza.
Sulla base dei dati raccolti con altri telescopi dal 2006, il prof. Tuthill e colleghi hanno creato un modello 3D della geometria del pennacchio di polvere. Il modello è riuscito a spiegare perfettamente i bizzarri risultati ottenuti da Webb nel luglio 2022. Inoltre, gli astronomi hanno mostrato prove dirette dell’intensa luce stellare che penetra nella materia e la accelera, dopo aver tracciato titanici pennacchi di polvere generati dalle violente interazioni tra due stelle colossali in 16 anni.
La pressione di radiazione
È noto che la luce delle stelle esercita una spinta sulla materia nota come “pressione di radiazione“. Gli astronomi osservano spesso le conseguenze di ciò sotto forma di materia che viaggia ad alta velocità nel cosmo, ma non hanno mai colto il processo sul fatto.
L’osservazione diretta dell’accelerazione dovuta a forze diverse dalla gravità è raramente osservata, e mai in un ambiente stellare come questo.
“È difficile vedere la luce delle stelle causare accelerazione perché la forza svanisce con la distanza e altre forze prendono rapidamente il sopravvento,” ha affermato Yinuo Han, astronomo dell’Institute of Astronomy della University of Cambridge. “Per assistere all’accelerazione al livello in cui diventa misurabile, il materiale deve essere ragionevolmente vicino alla stella o la fonte della pressione di radiazione deve essere molto forte“. “WR 140 è una stella binaria il cui feroce campo di radiazioni sovraccarica questi effetti, mettendoli alla portata dei nostri dati ad alta precisione“.
Le osservazioni e il modello
Gli autori hanno scoperto che la polvere non fuoriesce dalla stella con il vento che forma una bolla di nebbia, come si pensava. Invece, la polvere si condensa adiacente al punto in cui si scontrano i venti delle due stelle, sulla superficie di un fronte d’urto a forma di cono tra di loro.
Poiché la stella binaria orbitante è in costante movimento, anche il fronte d’urto ruota.
Il pennacchio fuligginoso viene avvolto in una spirale, nello stesso modo in cui le goccioline formano una spirale in un irrigatore da giardino.
“In assenza di forze esterne, ogni spirale di polvere dovrebbe espandersi a una velocità costante,” ha detto Han. “All’inizio eravamo perplessi perché non siamo riusciti a far adattare il nostro modello alle osservazioni fino a quando non ci siamo finalmente resi conto che stavamo vedendo qualcosa di nuovo“. “I dati non combaciavano perché la velocità di espansione non era costante, ma piuttosto perché stava accelerando. Abbiamo catturato il fenomeno per la prima volta“.
Una volta aggiunta l’accelerazione della polvere da parte della luce delle stelle nel loro modello 3D di WR 140, sono riusciti a spiegare perfettamente i dati di osservazione.
Il modello ha anche finito per spiegare gli strani anelli concentrici successivamente individuati con Webb.
“In un certo senso, abbiamo sempre saputo che doveva essere il motivo del deflusso, ma non avrei mai immaginato che saremmo stati in grado di vedere la fisica all’opera in questo modo,” ha detto il prof. Tuthill. “Quando guardo i dati ora, vedo il pennacchio di WR 140 dispiegarsi come una gigantesca vela fatta di polvere. Quando cattura il vento fotonico che fluisce dalla stella, come uno yacht che prende una raffica, fa un improvviso balzo in avanti“.
I risultati sono stati pubblicati su Nature e Nature Astronomy.
