Giano: scoperta una nana bianca con due facce diverse

Recentemente, gli astronomi hanno fatto una scoperta affascinante: una nana bianca con una particolare caratteristica bifronte. Da un lato è dominata dall’idrogeno, mentre dall’altro è composta principalmente da elio. Questa stella è stata battezzata con il nome di “Giano” proprio a causa della sua doppia natura. Si è osservato che la superficie della nana bianca cambia radicalmente a seconda del punto di vista. Da una parte, la composizione chimica è prevalentemente di idrogeno, mentre dall’altra si riscontrano altissime concentrazioni di elio. Un fenomeno davvero intrigante che sta catturando l’attenzione degli studiosi del cielo stellato.

Cos’è una nana bianca

Una nana bianca è una stella di piccole dimensioni, con una bassa luminosità e un colore tendente al bianco. Le dimensioni possono essere paragonabili a quelle della Terra, ma la massa dell’astro è simile o lievemente superiore a quella del Sole. Si tratta, quindi, di un oggetto molto compatto, dotato di un’elevatissima densità e gravità superficiale.

Le nane bianche sono i resti di stelle medio-piccole, cioè di dimensioni simili al nostro Sole. Quando le stelle invecchiano, si trasformano in giganti rosse: una stella gigante con un nucleo interno compatto e una serie di strati esterni rarefatti. Successivamente, il loro materiale soffice esterno viene spazzato via e il loro nucleo si contrae in nane bianche dense e incandescenti. Ad esempio, il nostro Sole si evolverà in una nana bianca tra circa 5 miliardi di anni.

La nuova nana bianca, soprannominata Giano dal nome del dio romano bifronte della transizione, è stata inizialmente scoperta dalla Zwicky Transient Facility (ZTF), uno strumento che scansiona il cielo ogni notte dall’Osservatorio Palomar del Caltech, vicino a San Diego.

La superficie della nana bianca cambia completamente da un lato all’altro. Quando mostro le osservazioni alle persone, rimangono a bocca aperta.

Ilaria Caiazzo, borsista post-dottorato al Caltech che guida un nuovo studio sui risultati ottenuti.

La scoperta della stella

Le osservazioni hanno scoperto un oggetto che si è distinto per i suoi rapidi cambiamenti di luminosità, così si è deciso di indagare ulteriormente. Questi dati hanno confermato che Giano ruota sul suo asse ogni 15 minuti.

Successive osservazioni effettuate con l’Osservatorio W. M. Keck in cima a Maunakea nelle Hawaiʻi hanno rivelato la natura bifronte della nana bianca. Il team ha utilizzato uno strumento chiamato spettrometro per diffondere la luce della nana bianca in un arcobaleno di lunghezze d’onda che contengono impronte chimiche. I dati hanno rivelato la presenza di idrogeno senza segni di elio quando un lato dell’oggetto era in vista, e solo di elio quando l’altro lato è passato inosservato.

Lo strumento: ZTF

La Zwicky Transient Facility (ZTF) è un’indagine astronomica osservativa del cielo ad ampio campo che utilizza una fotocamera avanzata collegata al telescopio Samuel Oschin situato presso l’osservatorio di Monte Palomar in California, Stati Uniti. Commissionata nel 2018, sostituisce la Palomar Transient Factory ed è intitolata all’astronomo svizzero teorico della materia oscura Fritz Zwicky.

La ZTF osserva la volta celeste nelle lunghezze d’onda visibili e infrarosse per rilevare oggetti transitori che cambiano rapidamente di luminosità, quali supernove, lampi di raggi gamma, collisioni tra due stelle di neutroni e corpi celesti in movimento come comete e asteroidi. L’indagine è progettata per scansionare periodicamente l’intero emisfero boreale nell’arco di tre notti e il piano della Via Lattea due volte ogni notte.

Le teorie elaborate

Cosa può spingere una nana bianca che fluttua da sola nello spazio ad avere facce così drasticamente diverse? Il team riconosce di essere perplesso, ma ha elaborato alcune possibili teorie. Una di queste è che forse stiamo assistendo a una rara fase di evoluzione di una nana bianca. Infatti, alcune nane bianche passano da una fase di dominanza dell’idrogeno a una di elio sulla loro superficie. I ricercatori pensano di aver osservato una nana bianca nel mezzo di questa transizione.

Dopo la formazione delle nane bianche, gli elementi più pesanti affondano nel nucleo e gli elementi più leggeri, di cui l’idrogeno è il più leggero di tutti, galleggiano verso l’alto. Ma col tempo, quando le nane bianche si raffreddano, si pensa che i materiali si mescolino tra loro. In alcuni casi, l’idrogeno si mescola all’interno e si diluisce in modo tale da far prevalere l’elio.

Giano potrebbe incarnare questa fase di transizione, ma una domanda pressante è: perché in questa stella la transizione avviene in modo così separato, con una parte che si evolve prima dell’altra?

I campi magnetici

La risposta, secondo il team scientifico, potrebbe risiedere nei campi magnetici. In questa particolare stella, si pensa che i campi magnetici intorno al corpo cosmico tenda ad essere asimmetrico, ovvero più forti da un lato. I campi magnetici possono impedire il mescolamento dei materiali. Quindi, se il campo magnetico è più forte da un lato, quel lato avrebbe meno mescolanza e quindi più idrogeno.

Un’altra teoria proposta dal team per spiegare le due facce dipende anch’essa dai campi magnetici. In questo scenario, però, si pensa che i campi modifichino la pressione e la densità dei gas atmosferici.

I campi magnetici potrebbero portare a pressioni di gas più basse nell’atmosfera, e questo potrebbe permettere la formazione di un ‘oceano’ di idrogeno dove i campi magnetici sono più forti. Non sappiamo quale di queste teorie sia corretta, ma non riusciamo a pensare a nessun altro modo per spiegare i lati asimmetrici senza campi magnetici.

James Fuller, professore di astrofisica teorica al Caltech.

Per risolvere il mistero, il team spera di trovare altre nane bianche simili a Giano con la ricognizione del cielo di ZTF. Le future indagini, come quelle che verranno effettuate dall’Osservatorio Vera C. Rubin in Cile, dovrebbero rendere ancora più facile la ricerca di nane bianche variabili.