Verso la fine della loro vita, stelle della sequenza principale, come il Sole, trasformarsi in giganti rosse. Lo strato in cui flussi di plasma massicci trasportano materiale caldo in superficie, quindi si espande fino al nucleo. In questo modo, il materiale nucleare può raggiungere la superficie della stella e consente una visione indiretta dell'interno. Verso la fine della loro vita, stelle della sequenza principale, come il Sole, trasformarsi in giganti rosse. Lo strato in cui flussi di plasma massicci trasportano materiale caldo in superficie, quindi si espande fino al nucleo. In questo modo, il materiale nucleare può raggiungere la superficie della stella e consente una visione indiretta dell'interno. Credito:SAGE-group/MPS
Quattro anni fa, è stato scoperto che diverse stelle giganti rosse pongono un paradosso:anche se sono costruite con materiale stellare molto antico, le loro grandi masse indicano un'età chiaramente più giovane. Scienziati dell'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (Germania), Università di Aarhus (Danimarca), e la Ohio State University (U.S.) hanno ora risolto l'apparente contraddizione. Per la prima volta, hanno studiato le abbondanze di carbonio, azoto, e l'ossigeno vorticava dai nuclei di queste stelle alle loro superfici. Ciò consente uno sguardo indiretto ai processi nel profondo. Molte delle giganti rosse indagate devono essersi fuse con altre durante uno stadio avanzato dell'evoluzione stellare, concludono i ricercatori. In questi casi, la massa non è un criterio adatto per la determinazione dell'età; le stelle sono davvero vecchie.
Stella della sequenza principale, gigante rosso, nana bianca:nel corso della loro vita che copre milioni o addirittura miliardi di anni, le stelle passano attraverso diverse fasi dell'evoluzione stellare, tutte molto diverse nell'aspetto. Ancora, le stelle non rivelano facilmente la loro età, almeno non a prima vista. La durata di ogni fase varia troppo da stella a stella. Con uno sguardo più profondo, però, i ricercatori possono ricostruire la storia della vita della stella. Vari metodi ora consentono di determinare in modo affidabile l'età di una stella.
Ma ci sono casi difficili:quattro anni fa, due gruppi di ricercatori guidati dal Leibniz Institute for Astrophysics e dal Max Planck Institute for Astronomy hanno scoperto confuse stelle giganti rosse. I risultati delle diverse misurazioni dell'età divergono di ben quattro miliardi di anni. "Le stelle sembravano essere vecchie e giovani allo stesso tempo, " Dr. Saskia Hekker dell'MPS e dell'Università di Aarhus in Danimarca, che all'epoca faceva parte di entrambi i team di scoperta ed è ora il primo autore del nuovo studio, ricorda. "Questo apparente paradosso mi ha incuriosito da allora, " aggiunge. Insieme alla sua collega, la dott.ssa Jennifer A. Johnson della Ohio State University, ora ha risolto il mistero di alcune di queste stelle. Entrambi i ricercatori sono convinti che le strane stelle fingano solo di essere giovani.
Il materiale da costruzione delle giganti rosse indica un'età antica di oltre 10 miliardi di anni. Le stelle contengono relativamente poco ferro, un elemento che nel corso dell'evoluzione galattica si è prodotto solo lentamente. Le vecchie stelle contengono quindi poco ferro rispetto ad altre sostanze come il magnesio, silicio, e calcio, mentre le giovani stelle contengono di più. Per determinare i rapporti di questi elementi, gli scienziati suddividono la luce della rispettiva stella nelle sue singole lunghezze d'onda. In questo cosiddetto spettro, ogni elemento trovato all'interno della stella lascia un'impronta caratteristica. Un altro metodo di determinazione dell'età esamina le oscillazioni di una stella. Con i metodi dell'asterosismologia è poi possibile dedurre la massa della stella.
Poiché all'interno delle stelle pesanti prevalgono temperature particolarmente elevate, il loro carburante brucia relativamente rapidamente. Le stelle pesanti hanno quindi un'aspettativa di vita molto più breve di quelle di piccola massa. I giganti rossi in questione si sono rivelati dei veri pesi massimi. Il metodo asterosismico fornisce quindi età inferiori a 6 miliardi di anni.
La nuova indagine ora risolve questa contraddizione. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che alcune delle stelle hanno un passato estremamente movimentato. "Alcune delle stelle misteriose devono essersi fuse con altre durante o dopo la loro trasformazione in giganti rosse, " La dottoressa Saskia Hekker riassume i risultati. "La loro grande massa non è una proprietà originale e quindi non è adatta per la determinazione dell'età, " aggiunge. "Le stelle sono davvero vecchie."
La chiave di questi risultati sono state le quantità di carbonio, azoto, e ossigeno che si trova sulla superficie delle stelle. Questi elementi consentono uno sguardo indiretto all'interno stellare. Quando le cosiddette stelle di sequenza principale, cioè quelli nello stesso stadio di sviluppo del Sole, trasformarsi in giganti rosse verso la fine della loro vita, i loro meccanismi interni cambiano:carbonio, azoto, e ossigeno, che si formano nel nucleo, possono essere trascinati in superficie in enormi correnti di plasma e possono quindi essere rilevati. A seconda di quanto sia calda, e quindi massiccia, la stella in questione, gli elementi possono essere trovati in diversi rapporti.
In alcune delle loro misurazioni, i ricercatori hanno trovato valori tipici per stelle di piccola massa. "Prima che diventassero giganti rosse, queste stelle dovevano essere relativamente leggere, " conclude la dott.ssa Jennifer Johnson della Ohio State University. "La loro attuale massa elevata può essere spiegata dal fatto che come giganti rosse si sono fuse con altre stelle, "ribatte.
La spiegazione non si applica a tutte le stelle studiate. Per alcuni, l'elevata massa determinata anni fa mediante l'asterosismologia coincide bene con la presenza di carbonio, azoto, e ossigeno alla loro superficie. "Queste stelle potrebbero essersi fuse con altre in una fase precedente di sviluppo prima che il materiale nucleare venisse fatto vorticare in superficie, " dice Hekker. Una spiegazione finale è ancora in attesa.
Il nuovo studio offre anche un nuovo approccio alla questione della frequenza con cui le stelle si scontrano e si fondono di conseguenza. I giganti rossi con un passato così turbolento potrebbero ora essere rintracciati attraverso la deviazione della determinazione dell'età.
