Usando il telescopio SOAR da 4,1 metri in Cile, gli astronomi hanno scoperto il primo esempio di un sistema binario in cui una stella in procinto di diventare una nana bianca orbita attorno a una stella di neutroni che ha appena finito di trasformarsi in una pulsar che gira rapidamente. La coppia, originariamente rilevata dal Fermi Gamma-ray Space Telescope, è un "anello mancante" nell'evoluzione di tali sistemi binari.

Una fonte luminosa e misteriosa di raggi gamma è stato trovato per essere una stella di neutroni rapidamente filatura - soprannominato un millisecondo pulsar - che è in orbita intorno a una stella nel processo di evoluzione in una nana bianca estremamente bassa massa. Questi tipi di sistemi binari sono indicati dagli astronomi come "ragni" perché la pulsar tende a "mangiare" le parti esterne della stella compagna mentre si trasforma in una nana bianca.

Il duo è stato rilevato dagli astronomi utilizzando il telescopio SOAR da 4,1 metri su Cerro Pachón in Cile, parte del Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), un programma del NOIRLab della NSF.

Il Fermi Gamma-ray Space Telescope della NASA ha catalogato oggetti nell'universo che producono copiosi raggi gamma dal suo lancio nel 2008, ma non tutte le fonti di raggi gamma che rileva sono state classificate. Una di queste fonti, chiamata dagli astronomi 4FGL J1120.0-2204, era la seconda fonte di raggi gamma più luminosa dell'intero cielo che non era stata identificata, fino ad ora.

Gli astronomi degli Stati Uniti e del Canada, guidati da Samuel Swihart dell'US Naval Research Laboratory di Washington, D.C., hanno usato il Goodman Spectrograph del telescopio SOAR per determinare la vera identità di 4FGL J1120.0-2204. La sorgente di raggi gamma, che emette anche raggi X, come osservato dai telescopi spaziali Swift della NASA e XMM-Newton dell'ESA, ha dimostrato di essere un sistema binario composto da una "pulsar milliseconda" che gira centinaia di volte al secondo, e il precursore di una nana bianca di massa estremamente bassa. La coppia si trova a oltre 2600 anni luce di distanza.

"Il tempo dedicato dalla Michigan State University al telescopio SOAR, la sua posizione nell'emisfero meridionale e la precisione e la stabilità dello spettrografo Goodman, sono stati tutti aspetti importanti di questa scoperta", dice Swihart.

"Questo è un grande esempio di come i telescopi di medie dimensioni in generale, e il SOAR in particolare, possono essere utilizzati per aiutare a caratterizzare le scoperte insolite fatte con altre strutture terrestri e spaziali", osserva Chris Davis, direttore del programma NOIRLab alla US National Science Foundation. "Prevediamo che SOAR giocherà un ruolo cruciale nel follow-up di molte altre sorgenti variabili nel tempo e multi-messaggero nel prossimo decennio".

Lo spettro ottico del sistema binario misurato dallo spettrografo Goodman ha mostrato che la luce della compagna proto-nana bianca è spostata di Doppler -- alternativamente spostata verso il rosso e il blu -- indicando che orbita intorno ad una compatta e massiccia stella di neutroni ogni 15 ore.

"Gli spettri ci hanno anche permesso di vincolare la temperatura approssimativa e la gravità della superficie della stella compagna", dice Swihart, il cui team è stato in grado di prendere queste proprietà e applicarle ai modelli che descrivono l'evoluzione dei sistemi stellari binari. Questo ha permesso loro di determinare che la compagna è il precursore di una nana bianca di massa estremamente bassa, con una temperatura superficiale di 8200 °C (15.000 °F), e una massa di appena il 17% del Sole.

Quando una stella con una massa simile a quella del Sole o inferiore raggiunge la fine della sua vita, esaurirà l'idrogeno utilizzato per alimentare i processi di fusione nucleare nel suo nucleo. Per un certo tempo, l'elio prende il sopravvento e alimenta la stella, facendola contrarre e riscaldare, e spingendo la sua espansione ed evoluzione in una gigante rossa grande centinaia di milioni di chilometri. Alla fine, gli strati esterni di questa stella gonfia possono essere accolti da una compagna binaria e la fusione nucleare si ferma, lasciando dietro di sé una nana bianca grande come la Terra e sfrigolante a temperature superiori ai 100.000 °C (180.000 °F).

La proto-nana bianca nel sistema 4FGL J1120.0-2204 non ha ancora finito di evolversi. "Attualmente è gonfia, ed è circa cinque volte più grande in raggio delle normali nane bianche con masse simili", dice Swihart. "Continuerà a raffreddarsi e a contrarsi e, tra circa due miliardi di anni, avrà un aspetto identico a molte delle nane bianche di massa estremamente bassa che già conosciamo".

Le pulsar al millisecondo ruotano centinaia di volte al secondo. Sono messe in rotazione dall'accrescimento di materia da una compagna, in questo caso dalla stella che è diventata la nana bianca. La maggior parte delle pulsar di millisecondi emette raggi gamma e raggi X, spesso quando il vento della pulsar, che è un flusso di particelle cariche provenienti dalla stella di neutroni in rotazione, si scontra con materiale emesso da una stella compagna.

Si conoscono circa 80 nane bianche di massa estremamente bassa, ma "questo è il primo precursore di una nana bianca di massa estremamente bassa trovato che probabilmente orbita intorno a una stella di neutroni", dice Swihart. Di conseguenza, 4FGL J1120.0-2204 è uno sguardo unico sulla coda di questo processo di spin-up. Tutte le altre binarie nana bianca-pulsar che sono state scoperte sono ben oltre la fase di spin-up".

"La spettroscopia di follow-up con il telescopio SOAR, mirando a fonti di raggi gamma Fermi non associate, ci ha permesso di vedere che la compagna stava orbitando intorno a qualcosa", dice Swihart. "Senza quelle osservazioni, non avremmo potuto trovare questo emozionante sistema".

Fonte: noirlab.edu