Esistono in cielo numerosissime stelle che all’occhio nudo appaiono singole, ma che un buon telescopio riesce a separare in due componenti distanti separate di secondi d’arco. L’osservazione assidua mostra che entrambe le componenti si muovono descrivendo delle ellissi attorno al baricentro comune. Queste stelle sono chiamate “binarie” o “doppie visuali” e se ne conoscono varie decine di migliaia. Le stelle più strette non separabili con l’aiuto del telescopio, possono essere identificate come binarie con opportune misurazioni spettroscopiche, oppure, in certi casi, quando una delle due passa davanti all’altra e l’occulta. Si parla nel primo caso di “binarie spettroscopiche” e nel secondo di “binarie fotometriche o ad eclisse”. Il loro studio è di grandissima importanza: innanzi tutto il loro moto regolare ha dimostrato che la legge di gravitazione di Newton ha la sua validità anche a grandi distanze da noi, ossia è universale; inoltre, dalla conoscenza di alcuni elementi orbitali delle doppie è possibile risalire alla loro distanza, oppure valutare la massa complessiva del sistema ed in certi casi anche delle singole componenti. Di più, quando le due stelle avvinte dai vincoli dell’attrazione sono a breve distanza, quasi a contatto, si manifesta un’azione perturbatrice, di carattere mareale, che fa sì che materia gassosa affluisca da una per ricadere sull’altra. Questi scambi di materia influiscono profondamente sulla loro evoluzione e danno talvolta luogo a violente esplosioni.

 

Doppie visuali

La prima stella doppia visuale, Mizar, fu scoperta nel 1650. E’ una coppia di due stelle separate da 11”: è una doppia strana, perché ad occhio nudo si vedono già due stelle doppie, Mizar ed Alcor, ma Mizar è a sua volta doppia, una doppia fisica, non rilevabile con il telescopio. Inoltre, ciascuna componente è costituita da una doppia spettroscopica e pure Alcor è una binaria spettroscopica, per cui il sistema è composto da sei stelle. Non è certo come si possono formare questi sistemi, ma pare ormai assodato che le due componenti abbiano avuto origine comune, perché la stella di massa maggiore si evolve più rapidamente ella componente di massa inferiore. Non hanno in generale lo stesso grado di evoluzione e quindi neppure la stessa luminosità né il medesimo tipo spettrale.

 

Binarie spettroscopiche

La velocità di un corpo si può scomporre in due componenti, una nella direzione dell’osservatore, e si chiama velocità radiale ed una perpendicolare a questa e si chiama velocità traversa. Per una stella la velocità traversa da luogo ad uno spostamento angolare dell’astro, che misurato in secondi, da il suo moto proprio; se la stella è molto lontana, questo spostamento diventa inapprezzabile. La velocità radiale non da luogo ad alcuno spostamento apparente, ma si può rilevare tramite l’effetto Doppler. LO spettro di una qualsiasi stella è solcato da righe che provengono da altrettante sorgenti di luce monocromatica di nota lunghezza d’onda. Dagli spostamenti Doppler di tali righe, verso il rosso o verso l’ultravioletto, è possibile stabilire la velocità radiale di qualsiasi oggetto, anche lontano. Per quanto riguarda una stella doppia, ciascuna delle sue componenti percorre attorno al baricentro la propria orbita, con un moto di va e vieni che, proiettato sulla visuale, si traduce in un’oscillazione di tipo pendolare. E mentre una componente si avvicina l’altra si allontana. Se è predominante, come spesso avviene, lo spettro della componente più brillante, si osserva che le righe spettrali si spostano, con moto alterno, ora verso il rosso ora verso il violetto e dall’entità degli spostamenti è possibile dedurre le corrispondenti velocità radiali e costruire la curva di luce radiale, che rappresenta la variazione di velocità in funzione del tempo. Se gli spettri delle due componenti sono visibili, sovrapposti l’uno all’altro, la soluzione non cambia, salvo che in questo caso, le curve di velocità radiale ricavabili da uno spettro sono due sempre tra loro opposte. Queste analisi spettroscopiche consentono di risalire ad alcune proprietà di queste stelle doppie che nessun telescopio riesce a risolvere. L’analisi della curva di velocità ci permette di ottenere molti elementi della coppia, come il periodo orbitale ed altri elementi del sistema, ma è difficile riuscire a determinare le masse singole, al più riusciamo ad avere la somma delle masse e solo in determinate condizioni.

 

Binarie ad eclisse

Alla fine del ‘600 si notò che la beta del Perseo ad intervalli regolari si affievoliva. La sua luminosità calava fino ad un minimo, poi la stella si trovava a brillare come prima.  Fin dall’antichità l’avevano definita come la testa del diavolo, o della Medusa, infatti, gli arabi la chiamavano Algol, il diavolo. Algol è di magnitudine 2,2 e scende a 3,4 ogni due giorni, venti ore e quaranta minuti. Le altre binarie ad eclisse sono telescopiche, ma sempre riconoscibili per la regolarità della variazione luminosa. Le binarie o variabili ad eclisse si suddividono nel seguente modo:

Binarie tipo Algol: dove la curva è caratterizzata da un lungo tratto a luminosità costante, bruscamente interrotto da un minimo profondo, o principale. Le due componenti sono ben separate e hanno splendore e dimensione diverse.

Binarie tipo Beta Lirae: le componenti, in conseguenza dell’intensa attrazione gravitazionale, hanno forma ellisoidica con gli assi maggiori puntati verso il baricentro. La curva di luce è "molle", a variazione continua perché una delle due componenti occulta sempre l’altra. Di regola il periodo maggiore è di un giorno.

Binarie di tipo W Ursa Major: le due componenti quasi a contatto hanno forma fortemente ellisoidica. Il periodo è di poche ore, sempre inferiore al giorno Sono per lo più giganti rosse, dello stesso tipo e dello stesso splendore, cosicché non vi è differenza tra minimi principali e secondari.

Le binarie ad eclisse offrono preziose opportunità agli astronomi di approfondire le loro conoscenze sulla dinamica e sulla fisica delle stelle. Ciascuna di loro, al di la degli schemi tracciati prima, presenta aspetti particolari, enigmi che in parte rimangono irrisolti.

 

Franco Tioli