Gli astronomi hanno escogitato un metodo nuovo e migliorato per misurare le masse di milioni di stelle solitarie, specialmente quelli con sistemi planetari.

Ottenere misurazioni accurate di quanto pesano le stelle non solo gioca un ruolo cruciale nella comprensione di come nascono le stelle, evolvere e morire, ma è anche essenziale per valutare la vera natura delle migliaia di esopianeti ora noti per orbitare attorno alla maggior parte delle altre stelle.

Il metodo è studiato su misura per la missione Gaia dell'Agenzia spaziale europea, che sta mappando la Via Lattea in tre dimensioni, e l'imminente Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, il cui lancio è previsto per il prossimo anno e riguarderà i 200, 000 stelle più luminose del firmamento in cerca di terre aliene.

"Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per 'pesare' le stelle solitarie, ", ha affermato il professore di fisica e astronomia Stevenson Keivan Stassun, che ha diretto lo sviluppo. "Primo, usiamo la luce totale della stella e la sua parallasse per dedurre il suo diametro. Prossimo, analizziamo il modo in cui tremola la luce della stella, che ci fornisce una misura della sua gravità superficiale. Quindi combiniamo i due per ottenere la massa totale della stella".

Stassun e i suoi colleghi—Enrico Corsaro dell'INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania in Italia, Joshua Pepper della Leigh University e Scott Gaudi della Ohio State University—descrivono il metodo e ne dimostrano l'accuratezza utilizzando 675 stelle di massa nota in un articolo intitolato "Empirical, masse e raggi precisi delle singole stelle con TESS e GAIA" accettati per la pubblicazione nel Giornale Astronomico .

Tradizionalmente, il metodo più accurato per determinare la massa delle stelle lontane è misurare le orbite dei sistemi a doppia stella, chiamati binari. Le leggi del moto di Newton consentono agli astronomi di calcolare le masse di entrambe le stelle misurando le loro orbite con notevole precisione. Però, meno della metà dei sistemi stellari della galassia sono binari, e le binarie costituiscono solo circa un quinto delle nane rosse che sono diventate terreno di caccia pregiato per gli esopianeti, così gli astronomi hanno escogitato una varietà di altri metodi per stimare le masse delle stelle solitarie. Il metodo fotometrico che classifica le stelle per colore e luminosità è il più generale, ma non è molto preciso. Asterosismologia, che misura le fluttuazioni luminose causate da impulsi sonori che viaggiano attraverso l'interno di una stella, è molto preciso ma funziona solo su diverse migliaia di quelli più vicini, stelle più luminose.

"Il nostro metodo può misurare la massa di un gran numero di stelle con una precisione dal 10 al 25 percento. Nella maggior parte dei casi, questo è molto più accurato di quanto sia possibile con altri metodi disponibili, e, soprattutto, può essere applicato alle stelle solitarie, quindi non siamo limitati ai binari, "Ha detto Stassun.

La tecnica è un'estensione di un approccio che Stassun ha sviluppato quattro anni fa con la studentessa laureata Fabienne Bastien, che ora è assistente professore alla Pennsylvania State University. Utilizzando uno speciale software di visualizzazione dei dati sviluppato da un team neuro-diverso di astronomi di Vanderbilt, Bastein ha scoperto un sottile schema di sfarfallio alla luce delle stelle che contiene preziose informazioni sulla gravità superficiale di una stella.

L'anno scorso, Stassun ei suoi collaboratori hanno sviluppato un metodo empirico per determinare il diametro delle stelle utilizzando i dati del catalogo stellare pubblicati. Si tratta di combinare le informazioni sulla luminosità e la temperatura di una stella con i dati di parallasse della missione Gaia. (L'effetto di parallasse è lo spostamento apparente di un oggetto causato da un cambiamento nel punto di vista dell'osservatore.)

"Mettendo insieme queste due tecniche, abbiamo dimostrato che possiamo stimare la massa delle stelle catalogate dalla missione Kepler della NASA con una precisione di circa il 25 percento e stimiamo che fornirà una precisione di circa il 10 percento per i tipi di stelle che la missione TESS prenderà di mira, " disse Stassun.

Stabilire la massa di una stella che possiede un sistema planetario è un fattore critico nel determinare la massa e le dimensioni dei pianeti che la circondano. Un errore del 100% nella stima della massa di una stella, che è tipico usando il metodo fotometrico, può comportare un errore fino al 67 percento nel calcolo della massa dei suoi pianeti. Questo è approssimativamente equivalente alla differenza tra un Mercurio e una Terra. Così, è estremamente importante per valutare correttamente la natura di tutti i mondi alieni che gli astronomi hanno iniziato a rilevare negli ultimi anni.