Le macchie stellari sono più comuni tra le stelle giganti rosse di quanto si pensasse in precedenza. Nel diario Astronomia e astrofisica , i ricercatori guidati dall'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania riferiscono che circa l'otto percento delle giganti rosse mostra tali macchie. Sono l'espressione di forti campi magnetici sulla superficie stellare. Questi campi magnetici vengono creati nel profondo della stella in un processo che richiede, tra l'altro, convezione e una rapida rotazione della stella. Sebbene le giganti rosse siano generalmente considerate stelle a rotazione lenta, quelli con punti stellari sono apparentemente un'eccezione. La nuova pubblicazione offre un'analisi completa delle ragioni dei loro brevi periodi di rotazione che vanno dalla sincronizzazione forzata con un'altra, stella molto vicina, all'inghiottire una stella o un pianeta, ad una rapida velocità di rotazione iniziale in una fase iniziale di sviluppo.

Tra le caratteristiche più sorprendenti del Sole ci sono le sue macchie solari, aree relativamente più scure rispetto al resto della superficie, alcuni dei quali sono visibili dalla Terra anche senza ingrandimento. Numerose altre stelle, che come il Sole sono nel fiore della loro vita, sono anche coperti da macchie. Nelle giganti rosse, d'altra parte, che sono in uno stadio avanzato di evoluzione stellare, tali macchie erano precedentemente considerate rare. La ragione di questa differenza può essere trovata nel profondo dell'interno delle stelle. In un processo dinamo, l'interazione di correnti di plasma elettricamente conduttive e rotazione genera un campo magnetico di una stella che viene poi lavato fino alla sua superficie. In alcuni posti, campi magnetici particolarmente forti impediscono al plasma caldo di fluire verso l'alto. Queste regioni appaiono scure e costituiscono macchie stellari.

"La rotazione e la convezione sono entrambi ingredienti cruciali per la formazione di campi magnetici superficiali e macchie stellari, " spiega il Dott. Federico Spada di MPS, coautore del nuovo studio. "Le stelle con strati convettivi esterni hanno il potenziale per generare campi magnetici superficiali tramite l'azione della dinamo, ma solo quando la stella ruota abbastanza velocemente l'attività magnetica diventa rilevabile, " aggiunge. Fino ad ora, i ricercatori avevano ipotizzato che quasi tutte le giganti rosse ruotassero piuttosto lentamente attorno al proprio asse. Dopotutto, le stelle si espandono drammaticamente quando si sviluppano in giganti rosse verso la fine della loro vita. Di conseguenza la loro rotazione rallenta, come un pattinatore artistico che fa una piroetta con le braccia tese. Il nuovo studio condotto da scienziati dell'MPS e della New Mexico State University (U.S.) ora dipinge un quadro diverso. Circa l'otto percento delle giganti rosse osservate ruota abbastanza velocemente da consentire la formazione di macchie stellari.

Il team di ricerca ha setacciato i dati di misurazione di circa 4500 giganti rosse registrati dal telescopio spaziale Kepler della NASA dal 2009 al 2013 per prove di macchie. Tali punti riducono la quantità di luce che una stella emette nello spazio. Poiché di solito cambiano solo leggermente nell'arco di diversi mesi, ruotano gradualmente fuori dal campo visivo del telescopio e poi riappaiono dopo un po' di tempo. Questo produce tipici, fluttuazioni di luminosità regolarmente ricorrenti.

In un secondo passaggio, gli scienziati hanno studiato la domanda sul perché i giganti maculati ruotano così rapidamente. Come raccolgono l'energia necessaria? "Per rispondere a questa domanda, dovevamo determinare quante più proprietà possibili delle stelle e poi mettere insieme un quadro generale, "dice il dottor Patrick Gaulme, autore principale della pubblicazione. All'Apache Point Observatory nel New Mexico (USA), Per esempio, i ricercatori hanno studiato come le lunghezze d'onda della luce stellare di alcune stelle cambiano nel tempo. Ciò consente di trarre conclusioni sul loro movimento esatto. Il team ha anche osservato rapide fluttuazioni di luminosità, che si sovrappongono a quelli più lenti causati dalle macchie stellari. Le fluttuazioni più veloci sono l'espressione delle onde di pressione che si propagano attraverso l'interno di una stella fino alla sua superficie. Contengono informazioni su molte proprietà interne come la massa e l'età della stella.

L'analisi ha rivelato che circa il 15% dei giganti maculati appartiene a sistemi stellari binari chiusi, generalmente costituito da una gigante rossa con un compagno piccolo e meno massiccio. "In tali sistemi, le velocità di rotazione di entrambe le stelle si sincronizzano nel tempo finché non ruotano all'unisono come una coppia di pattinatori, " dice Gaulme. La gigante rossa più lenta guadagna così slancio e ruota più velocemente di quanto avrebbe fatto senza una stella compagna.

Le altre giganti rosse con macchie stellari, circa l'85 per cento, sono da soli, eppure ruotano rapidamente. Quelli con una massa approssimativamente uguale a quella del Sole probabilmente si sono fusi con un'altra stella o pianeta nel corso della loro evoluzione e quindi hanno guadagnato velocità. Quelli un po' più pesanti, le cui masse sono due o tre volte quella del Sole, guardare indietro a uno sviluppo diverso. Nel periodo di massimo splendore della loro vita prima che diventassero giganti rossi, la loro struttura interna ha impedito la creazione di un campo magnetico globale che allontana gradualmente le particelle dalla stella. A differenza delle loro controparti magnetiche, che quindi ruotano sempre più lentamente nel tempo, la loro rotazione probabilmente non è mai rallentata in modo significativo. Anche come giganti rosse, ruotano ancora quasi velocemente come facevano nella loro giovinezza.

"In totale, dietro la comune caratteristica osservativa che alcune giganti rosse hanno delle macchie, troviamo tre gruppi di stelle in rapida rotazione, ognuno dei quali ha una spiegazione molto diversa. Quindi non c'è da meravigliarsi che il fenomeno sia più diffuso di quanto si pensasse in precedenza, "dice Gaulme.

Studi come la presente ricerca fanno luce, tra l'altro, sull'evoluzione della rotazione e dell'attività magnetica nelle stelle, e la loro complessa interazione, compreso l'impatto sull'abitabilità dei sistemi planetari che possono ospitare. Questi sono tra gli obiettivi primari della missione PLATO dell'ESA, il cui lancio è previsto entro la fine del 2026. "Non vediamo l'ora di avere la missione PLATO nello spazio; con le sue osservazioni uniche di lunga durata saremo in grado di estendere lo studio ad altre regioni della Via Lattea, " conclude Spada.