Il satellite NASA per la ricerca di esopianeti ha trovato un centinaio di nuovi sistemi stellari composti da quattro stelle.

Il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA ha trovato oltre 5000 candidati esopianeti candidati e 197 esopianeti confermati dall’inizio della sua missione alla fine del 2018. TESS è bravo a trovare esopianeti, ma il veicolo spaziale è una potente piattaforma scientifica che ha consentito una serie di altre scoperte. Gli scienziati che lavorano con TESS hanno recentemente annunciato 97 stelle candidate con quattro stelle, quasi raddoppiando il numero di sistemi quadrupli conosciuti.

La missione di TESS è trovare esopianeti intorno a stelle luminose a noi vicine, grazie al campo di osservazione molto più ampio rispetto al suo predecessore Kepler, ma il satellite è anche in grado di studiare la massa, la densità, le dimensioni e l’orbita di quei pianeti. Le sue telecamere hanno rilevato l’85% del cielo e raccolto un’enorme quantità di dati che ora sono analizzati dagli grazie a sistemi automatizzati e anche all’aiuto dei normali cittadini.

Secondo un nuovo documento, che sarà pubblicato a breve su The Astrophysical Journal Supplement, gli ultimi risultati dei dati TESS hanno portato alla scoperta di 97 pianeti candidati a essere sistemi con quattro stelle.

Per trovare questi sistemi, è stata necessaria una collaborazione tra alcuni dei soliti sospetti: la divisione di scienze astrofisica del Goddard Space Flight Center (GSFC) della NASA e il MIT Kavli Institute. Ma i professionisti di quegli istituti di ricerca avevano bisogno di aiuto. Quell’aiuto è venuto da sette scienziati cittadini esperti che hanno assistito nel meticoloso sforzo di analisi pixel per pixel delle curve di luce.

Sistema stellare
Rappresentazione artistica del sistema stellare quadruplo HD 98800. Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA

La ricerca dei sistemi stellari multipli

I ricercatori hanno concentrato i loro sforzi sull’identificazione di sistemi stellari tripli e quadrupli, ma i risultati sono andati oltree sono stati trovati il primo sistema stellare sestuplo a eclisse di sestuplo (ovvero le sei stelle hanno i loro piani orbitali abbastanza allineati con il punto di vista dell’osservatore da creare eclissi reciproche, consentendo analisi in grande dettaglio) e il primo pianeta circumbinario in transito (un pianeta che orbita attorno a entrambe le stelle).

I sistemi stellari quadrupli contengono due coppie di stelle binarie a eclisse (EB). Tuttavia, sono considerate EB soltanto se si eclissano a vicenda dal nostro punto di vista. E tutti questi transiti ed eclissi possono essere difficili da intrappolare, il che spiega l’aiuto di scienziati cittadini dedicati.

I ricercatori erano interessati solo a specifici sistemi stellari quadrupli e ne hanno deliberatamente esclusi altri, tenendo in considerazione soltanto quelli che consentono osservazioni in scale temporali umane.

La larghezza dei pixel delle rilevazioni di TESS può infatti essere molto vasta. Se, per esempio, TESS individua una coppia di EB separati da due pixel che sono a 500 parsec di distanza da noi, significa che le EB sono distanti l’uno dall’altro fino a 20.000 AU. A quella vasta distanza l’una dall’altra, potrebbero essere necessarie generazioni di osservazioni umane per notare eventuali interazioni tra le stelle. I sistemi devono essere più vicini tra loro per mostrare interazioni interessanti osservabili in mesi o anni, quindi devono trovarsi all’interno dello stesso pixel di TESS.

I sistemi inseriti nel catalogo sono sopravvissuti a un rigoroso processo di verifica che ha dovuto eliminare anche molti falsi positivi: una stella vicina al campo di osservazione del bersaglio sembrava spesso essere un’altra EB fino a quando un’analisi più approfondita non l’ha esclusa. Altre volte sono state rilevate due coppie EB, ma non erano connesse gravitazionalmente o erano troppo distanti l’una dall’altra per costituire un sistema stellare quadruplo. C’erano anche sistemi stellari tripli il cui schema di eclissi imitava un sistema stellare quadruplo. 

Sistema stellare
Rappresentazione artistica del sistema quadruplo 30 Arietis. Credits: Karen Teramura, UH IfA

Perché gli astronomi sono interessati ai sistemi quadrupli?

I sistemi stellari multipli possono rivelare molte cose sui percorsi di evoluzione stellare. Gli astronomi e gli astrofisici sono interessati alle fasi dell’evoluzione stellare come le binarie di breve periodo, i common envelope (o CE, sono involucrio di gas che contengono sistemi binari), le supernove di tipo Ia e le fusioni di buchi neri.

La disposizione delle stelle in quei sistemi è la prova di come si sono formate le stelle. I rapporti di massa tra i singoli componenti di un sistema quadruplo, i rapporti di periodo tra i sistemi binari costituenti e l’inclinazione reciproca forniscono informazioni importanti sul fatto che il sistema si sia formato attraverso uno processo ‘top-down’, dove il nucleo o disco centrale si è frammentato nelle unità più piccole.

Un altro aspetto interessante dei sistemi stellari multipli riguarda i pianeti.

Gli astronomi hanno trovato alcuni pianeti attorno a più sistemi stellari, ma le loro origini e il loro destino non sono chiare.

Nel 2015 gli astronomi hanno scoperto un enorme pianeta nel sistema stellare quadruplo 30 Arietis che ospita un enorme gigante gassoso dieci volte più massiccio di Giove. Era la seconda istanza di pianeta conosciuta in un sistema stellare quadruplo.

Nel 2019 i ricercatori hanno scoperto un sistema stellare quadruplo unico in cui le stelle sono ad angolo retto rispetto al disco di gas e polvere che le circonda. In quel sistema i pianeti si formeranno molto probabilmente da questo disco protoplanetario e quanto sarebbe insolita la vista dalla loro superficie?

Il team di ricercatori non ha ancora terminato. Il numero di falsi positivi rilevati è stato talmente grande che sarà necessaria un ulteriore analisi approfondita: non è escluso che il numero di candidati posso ancora salire.

Riferimenti:

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