La stella con la macchia gigante

GSC 00066-00869 non si lasciava classificare. Spettri, dati del satellite TESS e un modello 3D hanno mostrato cosa nasconde: due stelle quasi gemelle del Sole e una macchia enorme su una di loro.

Il sistema GSC 00066-00869 ricostruito dal modello: la stella più grande e calda porta una macchia scura vicino al polo.

Nel 2018 Nico Montigiani, Massimiliano Mannucci e Matteo Santangelo, con le riprese dell’osservatorio OAMH, scoprirono che una stella di magnitudine 13,6 nel campo di SA 95 cambiava luminosità ogni 16 ore circa. Era una variabile sconosciuta, e fin da subito la sua curva di luce si comportava in modo strano.

Un enigma nella curva di luce

Mettendo in fila le misure secondo il periodo, la curva mostrava un calo di luce che da una notte all’altra cambiava forma e profondità. In certe notti il minimo era arrotondato, in altre largo e piatto. Con i dati di allora le spiegazioni possibili erano quattro: un corpo scuro che passa davanti alla stella, una binaria a eclisse con qualche anomalia, una binaria a contatto con masse molto diverse, oppure una stella attiva di tipo RS Canum Venaticorum (RS CVn).

Per scegliere serviva uno spettro, e di questa stella non ne esisteva nessuno.

Cosa dice la luce scomposta

Gli spettri sono arrivati nel gennaio e febbraio 2019 con lo strumento BFOSC del telescopio da 1,5 metri dell’osservatorio di Loiano, grazie a un tempo di osservazione ottenuto da G. Fiorentino dell’INAF. Insieme alla nostra stella è stata ripresa 59 Ari, una stella di riferimento di classe G8.

Le due si assomigliano molto: la nostra è una stella di tipo solare, un po’ più fredda del Sole. La differenza sta in due dettagli, visibili solo nello spettro del 6 febbraio. Nelle righe del calcio ionizzato (H e K) compare un piccolo picco di luce al centro dell’assorbimento. La riga dell’idrogeno Hα, assente il 15 gennaio, si mostra chiaramente in emissione. Sono i segni di una cromosfera attiva, e l’emissione di H e K fuori eclisse è proprio il criterio con cui Hall, nel 1976, definì la classe delle RS CVn.

C’è anche un controllo indipendente. La parallasse Gaia colloca la stella a 294 parsec, circa 960 anni luce. Con questa distanza e con l’estinzione della polvere interstellare, la sua luminosità assoluta è quella attesa per una stella G8 di sequenza principale.

Il modello in 3D

Restava da spiegare la curva di luce. Nico Montigiani ha costruito un modello con il programma Binary Maker 3, adattandolo sia alle misure dell’OAMH sia a quelle di TESS. Ne esce una coppia di stelle che si girano attorno in 16 ore e 10 minuti circa: una primaria di classe G2, a 5560 K e con un raggio di 0,87 volte quello del Sole, e una secondaria di classe K3, a 5025 K e con 0,74 raggi solari.

Le due stelle vengono viste da un’inclinazione di 68,8 gradi, quindi le eclissi sono radenti: un disco copre l’altro solo in parte. Da sole, però, non basterebbero a dare la forma della curva. Serve una macchia fredda, a circa 4340 K, grande e vicina al polo della stella primaria.

Curva di luce: i cerchi rossi sono le misure, i punti blu il modello. Le frecce verdi indicano le due eclissi, quelle azzurre altre fasi dell’orbita. Nelle immagini delle stelle la macchia è in rosso.

Il video qui sotto, di 82 secondi, mostra il sistema che ruota e, in basso, la curva di luce che si costruisce fase dopo fase. Si vede bene come l’onda larga della curva nasca dalla macchia che entra ed esce dalla nostra vista, mentre i due piccoli abbassamenti sono le eclissi.

Animazione del modello fisico di GSC 00066-00869: orbita, rotazione della macchia ed effetto sulla curva di luce.

Due orologi quasi sincronizzati

La seconda metà del video spiega perché il minimo cambiava aspetto da una notte all’altra. La stella gira attorno alla compagna in 0,673378 giorni. La macchia, però, fa un giro in 0,673183 giorni, cioè 16,8 secondi prima. A ogni orbita avanza di circa un decimo di grado rispetto alla compagna.

È come avere due orologi che ritardano di poco l’uno rispetto all’altro: per un po’ sembrano d’accordo, poi si separano, poi tornano insieme. Qui il ciclo completo dura 2331 giorni, circa 6,4 anni. Durante questo tempo l’onda causata dalla macchia scorre lungo la curva e a volte si sovrappone a un’eclisse, altre volte cade in un punto libero. Il video accelera il tempo, con 70 giorni al secondo, per mostrare questo movimento.

Perché è un caso raro

L’onda dovuta alla macchia vale circa il 9% della luce e supera la profondità dell’eclisse primaria. In un campione di 117 stelle RS CVn, solo V405 Andromedae mostra una cosa simile. Nei dati compare anche un brillamento, il 13 febbraio 2019, e la stella coincide con una sorgente di raggi X.

Un modello con macchie è molto flessibile: con abbastanza macchie si riesce a riprodurre quasi qualsiasi curva. Per questo il risultato regge perché tutto torna insieme. Lo spettro mostra attività cromosferica, la distanza Gaia conferma il tipo spettrale e il modello spiega sia i dati dell’OAMH sia quelli di TESS con una sola macchia.