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ALMA scopre una sorprendente struttura a spirale attorno a R Sculptoris

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Osservazioni effettuate con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) hanno rivelato una inaspettata struttura a spirale nel materiale che circonda la vecchia stella R Sculptoris, probabilmente causata da una compagna non visible che orbita intorno alla stella. Questa sezione dei dati di ALMA mostra il guscio che circonda la stella, che appare come un anello circolare esterno, e la struttura a spirale molto evidente nella zona interna. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Maercker et al.

Gli astronomi hanno usato ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per scoprire una struttura a spirale del tutto inaspettata nel materiale che circonda la vecchia stella R Sculptoris [1][2]. Questa è la prima volta che una struttura di questo tipo, con un guscio sferico esterno, viene trovata intorno a una gigante rossa. È anche la prima volta che gli astronomi hanno potuto ottenere misure complete in tre dimensioni di questa spirale. La strana forma è stata creata probabilmente da una compagna non visibile, in orbita intorno alla gigante rossa, mai individuata finora. Gli astronomi hanno inoltre verificato con sorpresa che la gigante rossa aveva espulso molto più materiale del previsto. Questo è uno dei primi risultati della “Early Science” di ALMA e verrà pubblicato sul numero di questa settimana di Nature.

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Zoom sulla gigante rossa R Sculptoris (Crediti: ESO/A. Fujii/Digitized Sky Survey 2)

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Abbiamo già visto dei gusci di materiale intorno a questo tipo di stelle, ma questa è la prima volta che troviamo una spirale di materia che esce dalla stella, oltre al guscio esterno“, dice l’autore principale dell’articolo che descrive i risultati, Matthias Maercker (ESO e Argelander Institute for Astronomy, Università di Bonn, Germania)

Poichè espellono grandi quantità di materia, le giganti rosse come R Sculptoris sono tra i principali produttori di quella polvere e quel gas che rappresentano la maggior parte della materia prima che formerà le future generazioni di stelle, di sistemi planetari e successivamente gli esseri viventi.

Anche nella fase “Early Science”, quando queste nuove osservazioni sono state condotte, ALMA era molto più potente degli altri osservatori submillimetrici. Alcune osservazioni precedenti avevano mostrato chiaramente un guscio sferico intorno a R Sculptoris, ma nè la struttura a spirale nè la stella compagna erano state viste.

Quando abbiamo osservato questa stella con ALMA nemmeno metà delle antenne erano in funzione. È veramente emozionante immaginare cosa l’intera schiera di ALMA potrà fare una volta completata nel 2013“, aggiunge Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Svezia), co-autore della ricerca.

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NOTE

[1] R Sculptoris è un esempio di stella AGB (asymptotic giant branch), ovvero stelle con masse iniziali comprese tra 0,8 e 8 masse solari nelle ultime fasi di vita. Sono giganti rosse fredde, con grandi perdite di massa sotto forma di forti venti stellari, e sono tipicamente variabili di lungo periodo. La loro struttura è costituita da un minuscolo nucleo di carbonio e ossigeno circondato da un guscio di elio e idrogeno in combustione e quindi da un inviluppo convettivo enorme. Il Sole, alla fine della sua vita, evolverà in una stella AGB.

[2] Il guscio eiettato intorno alle stelle AGB è composto da grani di polvere e da gas. I grani di polvere possono essere individuati con la ricerca di emissione termica nel lontano infrarosso fino alle lunghezze d’onda millimetriche. A lunghezze d’onda millimetriche l’emissione della molecola CO permette agli astronomi di ottenere mappe ad alta risoluzione dell’emissione del gas prodotta dal forte vento stellare generato dalle stelle AGB. Queste osservazioni sono anche eccellenti traccianti della distribuzione del gas attorno a questi oggetti. L’elevata sensibilità di ALMA permette di costruire direttamente una mappa della zona di condensazione della polvere e di fotografare la struttura del materiale intorno alle stelle AGB, mostrando dettagli di dimensioni inferiori a 0,1 secondo d’arco.

Nell’ultima fase della loro vita, le stelle di massa fino a otto volte quella del Sole diventano giganti rosse e perdono grandi quantità di massa in un denso vento stellare. Durante la fase di gigante rossa le stelle mostrano periodicamente pulsazioni termiche, brevi fasi in cui uno strato di elio intorno al nucleo della stella brucia in modo esplosivo. L’impulso termico spinge il materiale fuori dalla stella ad un tasso molto più elevato e ciò risulta in un grande guscio di gas e polvere intorno alla stella. Dopo l’impulso il tasso a cui la stella perde massa torna al valore normale.

Gli impulsi termici si verificano ogni 10000 – 50000 anni e durano solo poche centinaia d’anni. Le nuove osservazioni di R Sculptoris mostrano che l’ultimo impulso termico è avvenuto circa 1800 anni fa ed è durato circa 200 anni. La stella compagna ha modellato la struttura a spirale nel vento di R Sculptoris.

Sfruttando la capacità di ALMA di vedere fini dettagli possiamo capire molto meglio cosa succede alla stella prima, durante e dopo l’impulso termico, studiando la forma del guscio esterno e della struttura a spirale“, dice Maercker. “Ci aspettavamo che ALMA ci fornisse una nuova visione sull’Universo, ma aver già scoperto nuove cose inaspettate, in una delle prime osservazioni, è veramente emozionante.

Per spiegare le strutture osservate intorno a R Sculptoris, l’equipe di astronomi ha eseguito delle simulazioni al computer per seguire l’evoluzione di un sistema binario. Questi modelli descrivono molto bene le osservazioni di ALMA.

È una vera sfida descrivere con una teoria tutti i dettagli osservativi visti da ALMA, ma i nostri modelli numerici mostrano che siamo sulla strada giusta. ALMA ci dà una nuova conoscenza di quel che accade in queste stelle e di che cosa potrebbe succedere al Sole tra qualche miliardo di anni”, dice Shazrene Mohamed (Argelander Institute for Astronomy, Bonn, Germania e South African Astronomical Observatory), co-autrice dello studio.

Nel prossimo futuro le osservazioni con ALMA di stelle come R Sculptoris ci aiuteranno a capire come gli elementi di cui siamo fatti hanno raggiunto luoghi come la Terra. Ci daranno anche un’idea di quello che potrà essere il lontano futuro della nostra stella”, conclude Matthias Maercker.

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