Uno sguardo all’interno delle stelle massicce

L’astrosismologia rivela i processi in atto nelle regioni stellari più profonde

Secondo una visione molto semplificata, le stelle sono sfere di gas in equilibrio tra espansione e gravità. Sebbene concettualmente corretta, tale visione restituire un’immagine errata, poiché la struttura delle stelle è ben più complessa e diversa in base alla loro massa e dimensioni.

Mentre le stelle di piccola massa si limitano a trasformare l’idrogeno in elio per poi terminare la loro esistenza come nane bianche, quelle più massicce sono invece le principali fabbriche chimiche in una galassia. Queste stelle infatti finiscono la loro esistenza come supernove e durante l’esplosione forgiano altri elementi pesanti. Tutti gli esseri viventi sulla Terra provengono dagli elementi formatisi in un numero imprecisato di esplosioni stellari che hanno arricchito la nube molecolare in cui si è formato il Sole con tutti gli elementi indispensabili ai processi biologici. Capire come gli atomi si fondino all’interno di tali stelle prima della loro esplosione, è quindi di estremo interesse

Un team di astronomi guidato da May Gade Pedersen, ha ora misurato il mescolamento interno attraverso la propagazione di onde sismiche nelle regioni stellari più profonde. Tale metodo non è nuovo, ma è la prima volta che viene applicato su un ampio campione. Lo studio ha evidenziato come il mescolamento interno sia molto vario e non dipendente dalla massa o l’età di una stella.

Tutte le stelle passano gran parte della loro esistenza a fondere idrogeno in elio nei loro nuclei, ma quelle massicce producono una quantità di calore nel nucleo da produrre moti convettivi all’interno dello stesso. Questo processo, insieme alla rotazione interna e le onde sismiche nel plasma indotte dalla convezione, produce un continuo approvvigionamento di combustibile grazie all’efficace rimozione dell’elio prodotto, attingendo idrogeno dallo strato superiore. In questo modo la stella vive molto più a lungo di quanto altrimenti farebbe senza moti interni.

Tale processo non è osservabile direttamente, quindi ci si deve affidare a modelli che ne simulino in modo corretto le condizioni interne. Ma, grazie all’astrosismologia, possono essere indagate le oscillazioni stellari, proprio come i geologi sfruttano la propagazione delle onde sismiche per studiare l’interno della Terra e le varie discontinuità tra gli strati. Con questo metodo si possono studiare direttamente gli interni stellari e fare previsioni nei modelli.

Il gruppo di Pedersen è stato in grado di derivare il missaggio interno in una selezione di 26 stelle di tipo B (da tre a otto volte più massicce del sole) a pulsazione lenta tra 12 ore e 5 giorni, osservate dal dismesso satellite Kepler della NASA. Le pulsazioni sono particolarmente sensibili alle condizioni vicino al nucleo e sono molto diverse da stella a stella nonché estranee alla massa o all’età della stella. Il fattore discriminante potrebbe invece essere la rotazione interna ma non l’unico. Osservare le pulsazioni stellari per un lungo periodo, aumenta notevolmente la qualità e precisione delle misure. Kepler ha osservato la medesima porzione di cielo continuamente per quattro anni ed ha ottenuto misure eccellenti su migliaia di oggetti. Un così lungo periodo di acquisizione dati ha permesso di monitorare accuratamente le pulsazioni lente delle stelle di classe B che, benché molte non esploderanno come supernove, condividono la struttura interna come le ben più massicce stelle di classe O.

“La mescolanza interna all’interno delle stelle è stata ora misurata osservativamente e risulta essere diversa nel nostro campione, con alcune stelle che non hanno quasi nessuna miscelazione mentre altre rivelano livelli un milione di volte più alti. Questi risultati astrosismici consentono finalmente agli astronomi di migliorare la teoria del mescolamento interno di stelle massicce, che finora è rimasta non calibrata dalle osservazioni provenienti direttamente dai loro interni profondi”, afferma Pedersen.

Il gruppo adesso si dedicherà all’analisi dei dati raccolti dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) della Nasa per studiare gruppi di stelle oscillanti ad alta massa nelle associazioni OB dove risiedono stelle anche di 120 masse solari. Tali associazioni hanno la stesa età, quindi i dati potranno essere confrontati su un campione più omogeneo e dalle osservazioni potranno emergere altre proprietà.

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