Questo concetto artistico raffigura un sistema solare lontano simile al nostro, tranne per una grande differenza. Pianeti e asteroidi orbitano non attorno a uno, ma a due soli. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC))
Seduto nel suo ufficio, Naman Bajaj fissava i preziosi dati che hanno portato all’ultimo capitolo della sua trilogia di articoli pubblicati, ognuno dei quali risponde progressivamente a una domanda molto complessa: perché alcuni dischi di formazione planetaria si avvicinano alle loro stelle? I tre studi erano robusti, interessanti e, soprattutto, completati. Ma prima di chiudere la porta su questi ultimi punti dati, forniti dal famoso telescopio spaziale James Webb, Bajaj decise di spremere tutto il possibile da essi. Certamente non si aspettava, tuttavia, di aprire un’altra porta.
“Il mio consulente era via per una conferenza o qualcosa del genere per un mese; stavo solo giocando con i dati e mi chiedevo, ‘Cos’altro posso fare? C’è qualcosa di più che questi dati possono dirci?’”, ha detto Bajaj, un astronomo dell’Università dell’Arizona, a Space.com. Presto avrebbe fatto una scoperta brillante. Uno dei soggetti stellari con cui lui e i suoi collaboratori avevano già trascorso tanto tempo era in realtà un doppio; è solo che nessuno se ne era accorto. Il cosmo, ci viene costantemente ricordato, è abbastanza grande da far sì che qualcosa di incomprensibilmente enorme come una coppia di stelle che danzano l’una intorno all’altra possa essere trascurato.
“Un pixel in questa immagine che stiamo guardando è 14 UA,” ha detto Bajaj. Per contesto, una singola UA, o “unità astronomica,” rappresenta la distanza sbalorditiva tra il nostro pianeta e il sole — circa 93 milioni di miglia (150 milioni di chilometri). In un certo senso, è notevole che un essere umano possa fare questa scoperta.
Per capire come Bajaj sia arrivato alla sua conclusione, ricordiamo quei primi tre articoli. Tutti e tre riguardavano la dinamica dei dischi pieni di materia intorno alle stelle. È all’interno di questi dischi che i pianeti possono sbocciare da semi rocciosi o gassosi, motivo per cui sono così interessanti per gli scienziati. Più specificamente, Bajaj e il suo team si stavano chiedendo come mai il materiale di questi dischi a volte possa cadere sulle stelle che li ancorano. È un mistero il perché ciò accada.
“Per esempio,” ha detto Bajaj, “la Terra sta orbitando intorno al sole, ma non sta cadendo sul sole perché sta costantemente orbitando in quell’orbita.” Secondo le leggi della fisica stabilite da Isaac Newton, se l’orbita di un oggetto non viene interrotta, non dovrebbe semplicemente iniziare a cambiare la sua traiettoria. Quindi, il team ha ragionato, forse qualcosa sta disturbando questi dischi che cadono verso l’interno e non stanno agendo da soli. Tutto avrebbe senso se i dischi perdessero un po’ di momento angolare, per esempio — ma per farlo, forse dovrebbero perdere un po’ della loro massa. Quindi, come avverrebbe questa perdita di massa? Questa è la domanda di base che Bajaj e i suoi colleghi ricercatori si sono posti.
In poche parole, il primo articolo del team ha confermato che forti “venti” potrebbero spostare il materiale dal disco verso l’alto. Il secondo articolo era destinato a calcolare quanto materiale si allontana attraverso getti che sparano fuori dai dischi, simili ai venti ma molto più veloci e stretti. Il terzo articolo, nel frattempo, era praticamente destinato a collegare i primi due, confrontando la perdita di massa attraverso i venti con la perdita di massa attraverso i getti. Ma Bajaj ha visto qualcosa di strano nel suo ultimo set di dati.
Il lavoro del suo team sui getti ad alta energia legati ai dischi si basava su quattro candidati stellari nella regione di formazione stellare del Toro, che si trova a circa 457 anni luce dalla Terra — e uno di questi candidati aveva un getto che sembrava … troppo perfetto? Si chiama TAU 042021. “Questo particolare oggetto spiccava perché era così simmetrico — probabilmente è il miglior caso di simmetria del getto che abbiamo visto finora, penso,” ha detto. “L’unico modo per spiegare questo tipo di simmetria è con un binario.”
In questo caso, il termine “simmetria” si riferisce ai due lobi di un getto che spuntano da un oggetto — il lobo sopra l’oggetto e il lobo sotto di esso — sincronizzandosi l’uno con l’altro. “Se i due lati del lobo non hanno nulla a che fare l’uno con l’altro, come se si muovessero casualmente, allora non ti dice nulla — probabilmente è a causa del mezzo circostante,” ha detto Bajaj. “Ma quando trovi un qualche tipo di simmetria, o anche anti-simmetria per quella materia, ti sta dicendo qualcosa di più.”
“Se qualcosa sta accadendo al disco stesso, quello che vedrai è una simmetria puntiforme,” ha aggiunto Bajaj. “Saranno sempre esattamente opposti l’uno all’altro, essenzialmente — ma cosa succede quando hai un binario?” Quello che questa specifica simmetria ha detto a Bajaj è che il getto che stava vedendo associato a TAU 042021 probabilmente non proveniva nemmeno dal disco planetario della stella. Probabilmente stava esplodendo da un’altra stella che orbitava intorno all’originale.
“La mia prima reazione è stata, ‘Oh, questo è fantastico,’” ha detto Bajaj. “Tecnicamente sarebbe la mia prima scoperta in un certo senso, quindi ero molto eccitato — ma allo stesso tempo, ero tipo: ‘Ma cosa ne so io?’” Il passo successivo, ovviamente, era testare la sua ipotesi il più possibile; ha deciso di usare modelli di binari noti per assicurarsi che tutto fosse corretto. E, beh, lo era: “A un certo punto, avevo guardato abbastanza nella letteratura per sapere che questo è reale.”
Il fatto che Bajaj stesse guardando un rapporto di un pixel a 14 UA nel suo set di dati, combinato con il fatto che entrambe le stelle nel nuovo binario scoperto sono neonate che non hanno ancora iniziato i loro processi di fusione nucleare nel nucleo — non sappiamo molto sui soggetti stellari. Sappiamo però qualcosa. Per esempio, sappiamo che le stelle sono separate da una distanza di 1,35 UA, che è in realtà abbastanza vicina in termini astronomici. Se riesci a immaginarlo, significa che le due stelle sono solo un po’ più distanti di quanto lo siano la Terra e il sole. Sappiamo anche che la massa di una delle stelle dovrebbe essere circa 0,33 masse solari mentre l’altra dovrebbe essere circa 0,07 masse solari. Ricorda, sono stelle neonate, quindi non è che due oggetti delle dimensioni del sole siano seduti così vicini.
E, affascinantemente, Bajaj ha risolto che il disco intorno al sistema è davvero (davvero) spesso — fino a 250 UA in grani di polvere di dimensioni micron. “Questo corrisponde a quasi 27.000 volte il diametro del sole,” ha osservato. Nel frattempo, si stima che il diametro del disco raggiunga fino a 500 UA. Per contesto, la distanza dal sole alla fine della Cintura di Kuiper che si estende ben oltre Nettuno è solo di circa 50 UA. “Anche nei casi di binari, per questa particolare massa della stella, penso che sia ancora un’eccezione,” ha detto Bajaj del grande disco.
Questa piccola quantità di informazioni potrebbe anche essere sufficiente a sconvolgere alcune ricerche in corso nella comunità astronomica. “Penso che la prima reazione sarà, ‘Oh, è così cool,’” ha detto Bajaj. “E poi la seconda reazione sarà ‘Oh, siamo spacciati. La nostra ricerca è spacciata.’” Questo perché l’oggetto TAU 042021 è abbastanza ben studiato tra i fisici, anche attraverso le immagini del telescopio spaziale James Webb (JWST). Questo perché, fortuitamente, la posizione della Terra nello spazio ci permette di vedere il disco della stella di taglio. Immagina di tenere un piatto davanti a te, se il lato del piatto è all’altezza degli occhi, lo stai guardando di taglio. Questo è un grande vantaggio, perché le stelle possono diventare molto (molto) luminose.
“Indipendentemente da quanto sia sensibile il tuo strumento, puoi comunque guardare questo,” ha detto Bajaj. “A volte la stella è troppo luminosa, quindi non possiamo osservarla con grandi strumenti come il JWST — ma qui, non è il caso. Qui, la stella non sta ostacolando la nostra capacità per niente.” Inoltre, il disco associato a TAU 042021 era considerato particolarmente grande anche prima che Bajaj apprendesse della natura binaria del sistema. “Ci sono stati molti studi con JWST, e, sì, saranno impattati,” ha detto Bajaj. “Molti di loro riguardano la modellazione di ciò che sta accadendo nel disco.”
Se stai cercando di modellare l’evoluzione o il comportamento del disco, ha spiegato, allora è cruciale sapere se c’è una stella o due stelle al centro. Sottolinea anche che probabilmente c’è un divario più grande tra l’area stellare centrale e l’inizio della sezione interna del disco di quanto precedentemente anticipato. “Nei loro modelli,” ha detto, “il disco inizierà a 1,2 UA, ma ora il disco deve iniziare a 4 UA. Quindi quello è un grande divario proprio lì, e ciò porterà a molte cose diverse.”
In mezzo a quel possibile caos, Bajaj spera di continuare a guardare il set di dati che una volta pensava di essere finalmente pronto a lasciarsi alle spalle. Sta esaminando le complessità degli altri tre soggetti stellari e ha un sospetto furtivo che uno di essi possa essere anche un binario a sorpresa. È anche interessato a sapere se potrebbe esserci più di un getto nel sistema TAU 042021, forse uno proveniente da ciascuna stella al suo centro, e sta cercando di capire se il telescopio spaziale SPHEREx recentemente lanciato dalla NASA possa aiutare in questo.
Le domande sono infinite, e vale la pena ricordare che è proprio questa serie di pensieri che il telescopio spaziale James Webb è stato costruito per ispirare in primo luogo. Ha davvero mantenuto la sua promessa. Come dice Bajaj: “Questi set di dati del telescopio spaziale James Webb sono così belli.”