L’idea che il Sole possa attualmente far parte, oppure avesse fatto parte in passato, di un sistema binario non è affatto irragionevole. Dopo tutto è ben noto che la maggior parte delle stelle fanno parte di sistemi binari o multipli e quindi l’esistenza di una compagna del Sole non può essere considerata improbabile; tant’è vero che a questa stella alcuni, forse un po’ troppo prematuramente, hanno già dato il nome di una divinità minore della mitologia greca: Nemesi.
Di fronte a questa possibilità del tutto plausibile, una questione, giustamente rilevata dal lettore, deve però essere affrontata in via preliminare. Può un sistema planetario come il nostro formarsi intorno ad una delle due componenti di un sistema binario “allargato” quale sarebbe ad esempio l’ipotetico sistema Sole-Nemesi? Per rispondere a questa domanda bisogna fare una distinzione tra i vari tipi di sistemi planetari che possono essere legati a due stelle binarie. Da un lato ci sono i sistemi planetari “circumbinari”, costituiti da pianeti che sono in orbita intorno al centro di massa di un sistema binario “stretto” (ossia con le stelle centrali separate da una distanza piccola rispetto a quelle che le separano dai pianeti); dall’altro ci sono invece i sistemi planetari “circumprimari” (ossia costituiti da pianeti che orbitano intorno alla componente più massiva del sistema e che sono lontani dall’altra) ed i sistemi “circumsecondari” (i cui pianeti sono invece legati alla componente meno massiva). Questa distinzione è importante per comprendere la genesi di tali sistemi.
In realtà non ci sono mai stati problemi per spiegare la formazione dei pianeti circumbinari. Il loro processo di formazione è infatti una “semplice” variante di quello che produce un sistema planetario intorno ad una singola stella a partire da un unico disco protoplanetario di gas e polvere che circonda una condensazione centrale prestellare (si veda questa risposta). La variante consiste nel fatto che in tal caso, a causa di un valore sufficientemente elevato del momento angolare dell’intera struttura, dalla condensazione centrale si originano due o più stelle, in orbita intorno al comune centro di massa, circondate da un sistema di pianeti abbastanza lontani da esse.
Più di un dubbio riguardava invece il meccanismo di formazione di sistemi planetari circumprimari e circumsecondari. Ciò soprattutto a causa delle forti perturbazioni gravitazionali che i corpi orbitanti intorno ad una stella possono subire ad opera della compagna.
Tutti i dubbi sono stati però dissipati in questi ultimi anni dai risultati osservativi, ottenuti soprattutto dalla missione Kepler della NASA. Sono infatti stati scoperti sia pianeti circumbinari [1], sia pianeti circumsecondari, come quelli appartenenti al sistema planetario Gliese 667C [2].
La cosa interessante è che non sono stati osservati soltanto sistemi planetari già formati, ma anche sistemi in fase di formazione: sono infatti stati scoperti un disco circumbinario intorno alla stella doppia spettroscopica V4046 Sagittarii [3], un disco circumprimario intorno alla componente A di VW Chamaeleonis [4] e due dischi gemelli (circumprimario e circumsecondario) intorno alle componenti A e B del sistema triplo SR24 [5].
Queste evidenze osservative portano quindi a concludere che la Terra e gli altri pianeti potrebbero comunque essersi formati intorno al Sole anche se quest’ultimo avesse una compagna stellare o substellare. E’ ovvio che un tale oggetto, se davvero esistesse, dovrebbe essere abbastanza distante, poco massivo e debolmente luminoso, altrimenti gli astronomi l’avrebbero scoperto già da tempo. Le ultime due caratteristiche suggerirebbero una nana rossa o una nana bruna (ossia un oggetto freddo intermedio tra un grande pianeta gassoso ed una piccola stella).
Secondo alcuni autori [6, 7, 8] l’esistenza di Nemesi sarebbe in grado di spiegare le periodiche piogge di comete che avrebbero prodotto sulla Terra una serie di estinzioni di massa verificatesi nell’ultimo mezzo miliardo di anni con una frequenza di una ogni 26-27 milioni di anni. Secondo il modello di Whitmire e Jackson [6], ciò avverrebbe in quanto la compagna del Sole, essendo su un orbita fortemente ellittica con un semiasse maggiore di 1.4 anni luce, ogni 26 milioni di anni penetrerebbe all’interno della Nube di Oort, ossia in quella regione assimilabile ad un guscio sferico con centro nel Sole dove sono collocati un gran numero di nuclei cometari. L’interazione gravitazionale con tali corpi forzerebbe molti di questi ultimi (oltre un miliardo [7]) a muoversi verso le parti interne del Sistema Solare ed in particolare verso la Terra dove nell’ultimo mezzo miliardo di anni avrebbero periodicamente provocato, a causa di impatti catastrofici, diverse estinzioni di massa [8].
Occorre però sottolineare che il quadro appena descritto è fortemente ipotetico, in quanto, anche ammesso che le estinzioni di massa siano realmente periodiche (e forti dubbi sono stati espressi in merito [9]), non è detto che esse siano necessariamente imputabili a Nemesi, ma potrebbero essere dovute ad altre cause (ad esempio variazioni periodiche nel flusso di raggi cosmici galattici modulato dal moto del Sole nella Via Lattea [10, 11]).
A partire dal 1980 diverse campagne osservative (survey) sono state effettuate alla scoperta di deboli oggetti celesti sia interni che esterni al nostro Sistema Solare, allo scopo di aggiornare i cataloghi stellari, asteroidali e cometari. Tra queste ricordiamo la survey effettuata nel 1983 dal satellite infrarosso IRAS, e quelle realizzate nell’ambito dei progetti 2MASS, attivo dal 1997 al 2001, e Pan-STARR, che ha iniziato le osservazioni nel 2010 ed è tuttora operativo. Nessuna di queste ha individuato stelle o nane brune compatibili con l’ipotesi Nemesi. E’ di solo qualche giorno fa la notizia [12] che anche la survey realizzata dal satellite infrarosso WISE non ha trovato traccia della fantomatica Nemesi.
Dobbiamo quindi concludere, fino a prova contraria, che non esiste alcuna compagna del Sole e che pertanto la nostra stella è condannata, apparentemente senza appello, alla sua “solitudine cosmica”.
Naturalmente non si può escludere la possibilità, suggerita dal nostro lettore, che Nemesi sia stata legata gravitazionalmente al Sole solo per un certo tempo e sia poi sfuggita alla sua attrazione, a causa della perturbazione esercitata sul sistema binario dal passaggio ravvicinato di una terza stella estranea (intruder). Tuttavia è molto difficile che tale ipotesi possa essere in qualche modo verificata.
[1]: Si veda l’articolo on-line al sito http://en.wikipedia.org/wiki/Circumbinary_planet e l’estesa bibliografia ivi riportata.
[2]: Gregory P.C., Lawler S.M., Gladman B., in Exploring the Formation and Evolution of Planetary Systems, Proceedings of IAU Symposium, vol. 299, 287 (2014).
[3]: Rosenfeld K.A., et al., Astrophys. Jou. 775, Article Id. 136 (2013).
[4]: Brandeker A., et al., Astrophys. Jou. 561, L199 (2001).
[5]: Mayama S., et al., Science 327, 306 (2010).
[6]: Whitmire D.P., Jackson A.A., Nature 308, 713 (1984).
[7]: Davis M., Hut P., Muller R.A. Nature 308, 715 (1984).
[8]: Melott A.L., Bambach R.K., Mon. Not. Roy. Astron. Soc. Letters 407, L99 (2010).
[9]: Bailer-Jones C.A.L., Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 416, 1163 (2011).
[10]: Medvedev M.V., Melott A.L., Astrophys. Jou., 664, 879 (2007).
[11]: Bailer-Jones C.A.L., in ESLAB 2008 Symposium on Cosmic Cataclysms and Life, vol. 8, 213 (2009).
[12]: Harrington J.D., Clavin W., Comunicato stampa NASA No. 14-067 del 7 Marzo 2014.