Come fanno due stelle appena nate a trovarsi, avvicinarsi e restare legate gravitazionalmente in tempi così brevi? La risposta potrebbe nascondersi nei campi magnetici che avvolgono le regioni dove si formano le stelle. Nuove simulazioni al supercomputer hanno rivelato un meccanismo affascinante: questi campi agiscono come una sorta di freno cosmico, sottraendo momento angolare e permettendo a due protostelle di spiralare l’una verso l’altra invece di allontanarsi. Un risultato che ribalta parecchie assunzioni precedenti sulla formazione dei sistemi stellari binari.

Le stelle, va ricordato, nascono dentro enormi nubi di gas e polvere. Quando parti di queste nubi collassano sotto la propria gravità, si creano regioni dense chiamate nuclei molecolari. Ed è qui che tutto comincia. Spesso le stelle non si formano da sole ma in gruppo, e in molti casi due di queste protostelle finiscono per legarsi gravitazionalmente, dando vita a un sistema binario. Le osservazioni astronomiche mostrano che questo legame si stabilisce molto presto, quando le stelle non sono nemmeno completamente formate. Il problema è che nessuno riusciva a spiegare come potesse accadere così in fretta.

Le simulazioni col supercomputer ATERUI III

Per venirne a capo, un team di ricercatori ha condotto simulazioni avanzate utilizzando diversi supercomputer, tra cui il sistema ATERUI III dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone e il suo predecessore, ATERUI II. I risultati sono stati piuttosto eloquenti. I campi magnetici che attraversano il gas circostante riescono effettivamente ad avvicinare le protostelle tra loro. L’interazione tra campo magnetico e gas rimuove momento angolare dalla coppia, consentendo ai due oggetti di spiralare verso l’interno e formare un sistema binario entro tempistiche realistiche.

Il dettaglio più interessante? Quando i ricercatori hanno eseguito una simulazione escludendo completamente i campi magnetici, le protostelle si sono allontanate invece di avvicinarsi. Una prova abbastanza netta del ruolo fondamentale che questa forza invisibile gioca nel processo.

Possibili implicazioni per la fusione dei buchi neri

Ma la cosa non finisce qui. Lo stesso meccanismo potrebbe funzionare anche su scala molto più grande. I buchi neri binari massicci, quelli che si trovano nei centri ricchi di gas delle galassie appena formate, potrebbero perdere momento angolare attraverso interazioni simili che coinvolgono i campi magnetici. Questo spiegherebbe come coppie di buchi neri giganti riescano ad avvicinarsi abbastanza da fondersi, un passaggio considerato cruciale nella formazione dei buchi neri supermassicci dopo la collisione tra galassie.

Simulare direttamente l’evoluzione a lungo termine di questi sistemi estremi resta una sfida computazionale enorme, per via delle scale temporali coinvolte. Serviranno ulteriori studi per capire fino in fondo quanto i campi magnetici influenzino il comportamento e la fusione di questi oggetti cosmici. Ma il passo avanti è significativo: quella che sembrava una questione irrisolvibile ora ha almeno un candidato forte come risposta. E arriva, ancora una volta, da qualcosa che non si vede ma che governa il cosmo più di quanto si pensi.

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I pianeti con due soli dovrebbero essere ovunque nella galassia. Eppure, di fatto, non lo sono. Su oltre 6.000 esopianeti confermati finora, appena 14 orbitano attorno a stelle binarie. E questo è un numero che lascia perplessi, considerando che moltissime stelle nel cosmo esistono in coppia. Un nuovo studio della University of California, Berkeley, e della American University of Beirut propone una spiegazione tanto elegante quanto sorprendente: la colpa sarebbe della relatività generale di Einstein.

Chi ricorda il tramonto doppio di Tatooine in Star Wars avrà presente l’idea. Due soli che scendono all’orizzonte, un pianeta che orbita pacificamente attorno a entrambi. Nella realtà, però, quella scena sembra quasi impossibile. Gli astronomi si aspettavano di trovare circa 300 sistemi di questo tipo grazie ai dati raccolti dal telescopio Kepler e dalla missione TESS. Ne hanno trovati una manciata. Allora la domanda diventa: dove sono finiti tutti quei mondi?

Come la gravità di Einstein destabilizza le orbite planetarie

In un sistema binario tipico, le due stelle ruotano l’una attorno all’altra su orbite ellittiche. Un pianeta che orbita entrambe subisce spinte gravitazionali concorrenti, e la sua orbita tende a ruotare lentamente su sé stessa, un fenomeno chiamato precessione orbitale. Anche le stelle, però, subiscono una precessione, ma questa è guidata dagli effetti della relatività generale.

Ed è qui che la faccenda si complica. Col tempo, le forze mareali avvicinano le due stelle tra loro. Man mano che la distanza si riduce, la precessione delle stelle accelera, mentre quella del pianeta rallenta. A un certo punto le due velocità di precessione si allineano, creando una cosiddetta risonanza. E quando questo accade, l’orbita del pianeta si allunga a dismisura, diventando instabile.

Mohammad Farhat, primo autore dello studio e ricercatore alla UC Berkeley, lo spiega in modo molto diretto: o il pianeta finisce per avvicinarsi troppo alla coppia di stelle e viene distrutto, oppure viene letteralmente espulso dal sistema. In entrambi i casi, quel pianeta semplicemente non esiste più.

I calcoli del team, pubblicati su The Astrophysical Journal Letters, indicano che circa otto pianeti circumbinari su dieci attorno a stelle binarie strette verrebbero destabilizzati e, nella maggior parte dei casi, eliminati. Nessuno dei 14 pianeti circumbinari confermati, tra l’altro, orbita attorno a sistemi binari con periodo orbitale inferiore a sette giorni. Un vero e proprio deserto planetario.

Un effetto che va oltre i singoli sistemi

I 12 pianeti con due soli conosciuti che orbitano appena oltre la cosiddetta zona di instabilità suggeriscono qualcosa di affascinante: probabilmente si sono formati più lontano e poi sono migrati verso l’interno. Formarsi al bordo di quella zona sarebbe stato, come dice Farhat, “come provare a incollare fiocchi di neve nel mezzo di un uragano”.

Il co-autore Jihad Touma, professore di fisica alla American University of Beirut, sottolinea che la relatività generale gioca un ruolo duplice nel cosmo: stabilizza certi sistemi e ne destabilizza altri. Lo stesso fenomeno che un tempo salvò probabilmente Mercurio da una traiettoria caotica nel sistema solare, qui agisce in senso opposto, smantellando sistemi planetari interi.

Il gruppo di ricerca sta ora estendendo i propri modelli per capire se meccanismi simili possano spiegare anche l’assenza di pianeti attorno a pulsar binarie e per studiare cosa accade negli ammassi stellari vicini a coppie di buchi neri supermassicci. Una conferma ulteriore del fatto che la teoria di Einstein, a oltre un secolo dalla sua formulazione, continua a rivelare aspetti inattesi dell’universo.

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