La missione TESS invidividua un terzetto stellare da record

Dopo oltre sei anni e mezzo di osservazioni nello spazio, la missione TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) continua a produrre dati scientifici di estremo interesse e permettere l’individuazione di esopianeti nelle vicinanze del Sole. Ad oggi sono infatti 557 quelli confermati e 7200 quelli individuati come potenziali e che pertanto necessitano di un studi più approfonditi.

Ma tra gli scopi della missione c’è anche quello di osservare e montiorare tutti gli oggetti la cui luminosità può variare: si può trattare di asteroidi, stelle variabili oppure galassie con all’interno una supernova.

Ed è proprio in relazione a questi oggetti la cui luminosità non è costante che recentemente si è tornati a parlare di TESS: grazie all’analisi dei dati della sonda un gruppo di astronomi guidato da Veselin Kostov, un astrofisico presso il SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence), è riuscito ad individuare un terzetto di stelle coorbitanti, in cui le due interne hanno un periodo di 1,792 giorni e quella più esterna compie una rivoluzione completa in soli 24,5 giorni. Questo permette di stabilire un nuovo record per la particolare tipologia di sistemi stellari: il precedente resisteva dal 1956, quando Edwin George Ebbighausen e i colleghi avevano individuato tre stelle in cui la più esterna, λ Tauri, ruotava attorno alle altre due in 33,02 giorni. Nel corso degli anni solo due sistemi si sono avvicinati a questo numero: si tratta di KOI 126, analizzato nel 2011 e con periodo esterno di 33,92 giorni, e HD 144548, analizzato nel 2015 e con periodo della stella esterna di 33,95 giorni.

Il sistema si chiama TIC 290061484 (per semplicità d’ora in poi lo chiameremo solamente TIC), è piuttosto giovane (solamente 14 milioni di anni) e si trova nella costellazione del Cigno.

Si tratta in verità di un quartetto: tramite i modelli sviluppati durante le analisi è stato possibile infatti stabilire la presenza di una quarta stella, che orbita attorno alle altre tre in circa 3 200 giorni. Le due stelle interne hanno rispettivamente una massa di poco meno di sette e di sei volte quella del Sole, quella esterna di 7,90 volte e la quarta di 6 volte. Anche i raggi sono piuttosto simili, con quelle interne con circa 3 raggi solari (più precisamente 3,08 e 2,80), quella esterna 3,5 e la quarta 2,78. Infine, per quanto riguarda le temperature, le due stelle interne raggiungono i 22 100 K e i 20 900 K, quella esterna i 23 700 K e la quarta i 20 700 K.

Le simulazioni prevedono che nei prossimi 20 milioni di anni le stelle si avvicinino sempre di più, fino a fondersi e diventare una supernova di tipo IIa ed in seguito una stella di neutroni.

È proprio la compattezza del sistema — in sostanza, la misura del rapporto tra il periodo della stella esterna e di quelle interne — che lo rende interessante: a differenza dei sistemi meno compatti, come ad esempio α Centauri, è più facile osservare i fenomeni e gli eventi che accadono all’interno. TIC è inoltre un compact hierarchical triples (CHT), un terzetto gerarchico compatto: alcuni di questi possono poi essere anche triplamente eclissanti, ovvero la stella più esterna eclissa, e viene eclissata da, la coppia all’interno. Se un sistema stellare è quindi un CHT triplamente eclissante è possibile determinare molte caratteristiche del sistema in maniera molto precisa, come ad esempio tutti i parametri orbitali, incluso il periodo della stella esterna, l’eccentricità e l’inclinazione reciproca, soprattutto senza utilizzare il metodo delle velocità radiali, che si basa sullo spostamento Doppler delle righe di emissione. Vengono invece dedotte informazioni dalle eclissi che avvengono periodicamente.

Il gruppo di Kostov ha utilizzato anche una rete neurale addestrata a riconoscere eclissi nelle curve di luce prodotte da TESS. Le curve di luce sono dei grafici in cui viene mostrata la luminosità di un certo oggetto al variare del tempo e pertanto risultano molto utili per individuare transiti di oggetti e studiarne in seguito le proprietà.

La rete neurale preseleziona le curve di luce che contengono eclissi o che presentano delle caratteristiche ad esse riconducibili, in modo tale da poter poi essere analizzate separatamente da un essere umano. In questo modo soltanto circa l’1% di tutte le curve di luce viene preselezionato: per dare dei numeri, di tutte le centinaia di milioni di curve di luce prodotte da TESS, ne sono rimaste qualche milione da esaminare ad occhio nudo. Il processo prosegue con l’intervento di un gruppo di persone, chiamato Visual Survey Group (VSG), che coadiuvato da un software che permette di analizzare una curve di luce in pochi secondi, setaccia i candidati rimasti alla ricerca di una eclisse extra, ad indicare un terzo oggetto nel sistema, o la presenza di eclissi regolari, a suggerire la presenza di un altro sistema binario eclissante e quindi di un quartetto 2+2. In questo modo sono state individuate più di 70 sistemi tripli triplamente eclissanti, più di 200 quartetti eclissanti, il primo sestetto completamente eclissante e un altro sistema la cui conformazione non era mai stata osservata prima.

Nel caso particolare di TIC l’osservazione visuale delle curve di luce ha permesso di individuare alcune caratteristiche che non erano tipiche di una eclipsing binary (EB), ovvero un sistema di due stelle in cui periodicamente una delle due eclissa l’altra. La forma non simmetrica delle curve di luce delle eclissi e altri fattori hanno poi portato gli scienziati ad escludere la presenza di un’altra EB correlata al sistema o scollegata ma con un’influenza sui dati, decretando quindi TIC come un sistema triplamente eclissante. Con l’utilizzo di altri software specifici, il gruppo è stato in grado di determinare il raggio delle stelle, la loro temperatura superficiale e alcuni parametri orbitali come l’eccentricità (un numero che permette di stabilire quanto un’orbita sia allungata o meno), l’argomento del pericentro (una misura della distanza angolare tra l’apogeo e il passaggio per il nodo ascendente dell’orbita) e l’inclinazione. Nel caso poi di sistemi compatti come TIC, se le orbite delle stelle interne sono eccentriche e inclinate, è possibile determinarne le masse grazie all’effetto perturbativo della terza stella, che agisce su tempi scala molto brevi, nell’ordine di alcune settimane o mesi. Si tratta di misure che non sarebbero possibili con il metodo delle velocità radiali.

L’analisi dei primi dati ottenuti da parte del gruppo è stata fatta senza vincoli di tipo astrofisico: nonostante questo le soluzioni trovate erano accettabili, sebbene non ci fossero informazioni accurate sulle temperature, masse e raggi delle singole stelle. Un ulteriore problema osservato era la presenza di alcuni valori che rendevano la stella esterna leggermente più massiva delle due interne e molto simile in temperatura a quella primaria nella coppia. Il team ha quindi elaborato alcune ipotesi per spiegare i valori ottenuti: nessuna di queste, che spaziavano da una diversa età della stella esterna rispetto a quelle interne alla presenza di una contaminazione di luce extra nel sistema, era però in grado di dare risposte soddisfacenti.

A questo punto, tra le varie ipotesi che erano rimaste, quella più semplice prevedeva la presenza di un quarto oggetto, più distante degli altri due, in grado di perturbare il sistema e spiegare quindi i dati ottenuti. L’utilizzo di un software dedicato e l’analisi dei risultati ha permesso di confermare l’ipotesi, rendendo quindi TIC un sistema 2+1+1, ovvero composto da una coppia di stelle attorno a cui orbita una terza vicina e una quarta più distante. Questa situazione non è poi così insolita: sono già stati osservati altri sistemi di questo tipo, come ad esempio HIP 41431.

Fonti: NASA