Hubble osserva FU Orionis, una giovanissima stella dagli intensi e frequenti sbalzi di luminosità

Potrebbe sembrare un risultato scientifico di poca rilevanza quello ottenuto grazie alle recenti osservazioni del telescopio spaziale Hubble. Di poca rilevanza, soprattutto se confrontato ad altre scoperte molto più altisonanti riguardanti, ad esempio, buchi neri, galassie primordiali o esopianeti.

Tuttavia, le recenti osservazioni della stella FU Ori fatte da Hubble permettono di fare passi avanti nella comprensione dei meccanismi di evoluzione delle stelle giovanissime e del loro impatto sui loro possibili sistemi planetari.

Per capire la scoperta fatta con Hubble bisogna prima parlare di dischi protoplanetari.

I dischi protoplanetari

Tutte le fasi del processo di formazione delle stelle sono caratterizzate dalla rotazione. Il frammento di nube molecolare da cui si forma la stella è inizialmente in rotazione. Pertanto, nelle fasi finali la protostella (in rotazione) risulta circondata da gas residuo che, anch’esso in rotazione, continua a precipitare sulla stella. A motivo della rotazione questo gas residuo si appiattisce formando un disco che ruota attorno alla stella.

L’interazione tra disco e stella oltre che dalla rotazione è dominata dagli intensi campi magnetici della stella. Questi convogliano il gas dal disco alla superficie della stella. Nella regione in cui il gas del disco impatta sulla superficie si produce uno shock caldissimo. Lì si forma una macchia calda e brillante, tanto più calda e brillante quanto maggiore è la quantità di gas che vi arriva.

Generalmente, questo trasferimento di massa dal disco alla stella avviene in maniera più o meno costante. Tuttavia, esistono stelle in cui questo trasferimento può avvenire in maniera improvvisa producendo repentini aumenti di temperatura e luminosità (chiamate eruzioni o outbursts) dei punti di impatto.

E’ qui che entrano in gioco le stelle FU Ori.

La stella FU Ori

FU Ori è una stella nella costellazione di Orione. In passato aveva attirato l’attenzione degli astronomi per i suoi sbalzi di luminosità.

La stella diventava improvvisamente molto più brillante (centinaia di volte più brillante) per poi ritornare, nel corso delle settimane successive, al suo iniziale valore di luminosità.

Esempi di altre classi di stelle variabili sono ad esempio le “delta Scuti”, la cui luminosità varia a causa di pulsazioni che fanno oscillare le dimensioni della stella; le “BY Dra” la cui luminosità varia per la presenza in fotosfera di macchie fredde simili alle macchie solari.

Cosa ha osservato Hubble

La parte di disco più vicina alla stella è la meno conosciuta ma quella più interessante per comprendere il meccanismo di trasferimento di gas dal disco alla stella e il conseguente innesco dell’esplosione.

Si tratta della zona più calda del disco che, come tutti i corpi molto caldi, emette energia soprattutto alle piccole lunghezze d’onda quindi nella banda ultravioletta. La regione dell’ultravioletto non è osservabile da Terra in quanto la radiazione UV viene bloccata dall’atmosfera terrestre.

Le osservazioni UV tuttavia sono possibili dallo spazio ed è proprio il telescopio Hubble che è ottimizzato per le osservazioni nella banda visibile e dell’ultravioletto.

Hubble è stato puntato su FU Ori da un team di scienziati che vogliono esplorare la parte più calda del disco per avere informazioni sulle sue proprietà e sul meccanismo di outburst.

Fino ad oggi si riteneva che a differenza di altre giovani stelle con disco di accrescimento, le stelle del tipo FU Ori subissero sbalzi di luminosità a causa di instabilità nel disco che portavano ad un improvviso e massiccio trasferimento di gas sulla superficie della stella. Di conseguenza il punto di impatto diventava improvvisamente caldissimo e brillantissimo, rendendo per ultimo l’intera stella più brillante.

Le osservazioni di Hubble mostrano per la prima volta come le temperature nei punti di accrescimento siano il doppio di quanto finora previsto dai modelli.

L’idea che il team di ricercatori si stanno facendo è che, nel caso delle FU Ori, non ci sia un trasferimento classico ed episodico di gas dal disco alla superficie della stella, ma che addirittura, per qualche motivo lo stesso disco arrivi a toccare la superficie della stella. In questo caso, lo shock è tale da giustificare temperature ben superiori a quelle delle classiche macchie calde, e sbalzi di luminosità molto più elevati.

Quali implicazioni per gli esopianeti

Questi improvvisi ed intensi rilasci di energia hanno un impatto su tutto il disco e quindi anche sugli eventuali pianeti che in essi si sono già formati o si stanno formando.

Se il pianeta è in una zona esterna del disco, esso potrebbe addirittura beneficiare dei processi chimici che questo rilascio di energia innesca. Diversamente, se il pianeta è in una regione interna del disco, vicino alla stella, le esplosioni potrebbero determinarne una rapida migrazione verso la stella. In tal caso il pianeta verrebbe da questa inglobato e distrutto.

Ulteriori studi su altre stelle della stessa classe aiuteranno a capire meglio il meccanismo e a delineare uno scenario più realistico per la formazione dei pianeti in questa classe di stelle.

Riferimenti allo studio:

A Far-ultraviolet-detected Accretion Shock at the Star–Disk Boundary of FU Ori, ApJ Letter, 2024, 73, L40 Carvalho et al. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad74eb