Le Variabili Cataclismiche rappresentano uno degli stadi evolutivi finali di sistemi binari di piccola massa.
Le loro dimensioni sono estremamente piccole, con separazioni tra le due stelle componenti dell’ordine del raggio solare. Sono composte da una stella di sequenza principale di tardo tipo spettrale (tardo G sino a tardo M), chiamata secondaria, che perde materia dal punto interno di Lagrange L1 e la trasferisce su una nana bianca, chiamata primaria.
Disegno artistico di una Variabile Cataclismica del tipo Polare Intermedio. La materia, persa dalla stella secondaria di tardo tipo spettrale, fluisce dal punto interno di Lagrange L1 verso una nana bianca con moderato campo magnetico e forma un disco di accrescimento cavo sino al limite magnetosferico. (Disegno di M. Garlick)
La materia proveniente dalla stella secondaria può formare un disco di accrescimento con proprietà che dipendono dai parametri del sistema binario, dal tasso di trasferimento di materia e dall’intensità dei campi magnetici. In alcuni sistemi, cosiddetti “magnetici”, il campo magnetico della nana bianca è così intenso (sino a qualche centinaia di MegaGauss) da influenzare il cammino del gas sin alle distanze della stella secondaria, creando così un flusso di materia che precipita direttamente sui poli magnetici della nana bianca. L’intenso campo gravitazionale è tale da trasformare l’energia della materia in emissione X od ultravioletta.
Scienza
Nova Cygni 1992 : immagine della NASA ottenuta con il satellite Hubble Space Telescope e con lo strumento dell’Agenzia Spaziale Europea Faint Object Camera (FOC) in luce ultravioletta nel maggio 1993, 467 giorni dopo l’esplosione.
Le Variabili Cataclismiche sono tra gli oggetti celesti più complessi in termini di variabilità , da cui il loro nome. Esse possono raggrupparsi in le Novae Classiche e Novae Ricorrenti, le cosiddette Novae Nane, le variabili di tipo Novoide e le Variabili Magnetiche. A loro volta queste classi si suddividono in sottoclassi a seconda dei loro parametri fisici. La fenomenologia è estremamente ampia, con variazioni di luminosità che vanno dalle diverse magnitudini (Novae) a qualche centesimo di magnitudine (Variabili Magnetiche) con scale di tempo dai secondi agli anni. I processi in gioco sono molteplici e consistono in un complesso interscambio tra l’accrescimento e l’espulsione di materia. Infatti il trasferimento e l’accrescimento di massa dipendono dallo stato fisico della stella secondaria, dai parametri fisici della nana bianca così come dall’accoppiamento magnetico tra le due stelle. I fenomeno parossistici come quelli osservati nelle Novae sono dovuti a reazioni termonucleari che si producono sulla superficie della nana bianca provocando espulsioni di materia, mentre le esplosioni di tipo Novae Nane possono essere dovute ad instabilità nei dischi di accrescimento o nel tasso di trasferimento di massa, con conseguente perdita di materia sotto forma di vento stellare.
Ricerca
La complessità di questo tipo di sistemi comporta uno studio osservativo su un ampio intervallo dello spettro elettromagnetico, dai raggi X al vicino infrarosso, basandosi sull’analisi delle caratteristiche temporali e spettrali nelle diverse bande energetiche. Le ricerche abbracciano diversi campi quali la fisica dell’accrescimento su oggetti compatti, lo studio delle atmosfere stellari per la determinazione dei parametri fisici delle stelle componenti, l’influenza dell’irraggiamento X sulle stesse. Senza queste informazioni è molto difficile identificare il loro cammino evolutivo.
In particolare i seguenti progetti sono in corso:
- Identificazione e classificazione di nuovi sistemi binari cataclismici al fine di risolvere le discrepanze tra le teorie evolutive e le osservazioni;
- Studio dell’emissione X utilizzando dati acquisiti da satelliti quali Rossi-XTE, XMM-Newton, e SUZAKU che permettono di determinare le condizioni fisiche del plasma in accrescimento;
- Studio dell’emissione Ultravioletta utilizzando dati acquisiti dal satellite Hubble Space Telescope, che permettono di individuare gli effetti di irraggiamento X sulle atmosfere delle stelle componenti, la presenza di strutture di accrescimento quali dischi e flussi di materia magnetizzati, nonché l’atmosfera della nana bianca;
- Studio dell’emissione Ottica utilizzando dati spettroscopici e fotometrici acquisiti con telescopi nazionali (Loiano-Bologna, TNG) ed internazionali (ESO, OHP, La Palma) che permettono di individuare le emissioni di regioni di accrescimento a diverse distanze dalla nana bianca e le atmosfere delle stelle componenti;
- Astrosismologia di nane bianche in Variabili Cataclismiche utilizzando osservazioni fotometriche al TNG per un primo censimento di nane bianche pulsanti in sistemi binari stretti al fine di determinare la striscia di instabilità e derivare informazioni sulla struttura della nana bianca.