Un team internazionale di astronomi è riuscito a rilevare i segni dell'invecchiamento nella stella supergigante rossa T UMi. La stella nella costellazione dell'Orsetto sta attualmente attraversando il suo ultimo "singhiozzo" nucleare, " e presto terminerà la sua vita di 1,2 miliardi di anni.

Immagina di essere una mosca e di voler capire come invecchiano gli umani. Non hai il tempo di scegliere solo un esemplare e aspettarlo:devi lavorare con quello che vedi in questo momento, e cerca di dargli un senso in qualche modo. Questo è il problema centrale per capire l'evoluzione stellare durante le vite umane.

La vita delle stelle progredisce molto gradualmente, e la maggior parte delle volte non possiamo rilevare il passare del tempo in questi oggetti. Una nota eccezione a questa regola è l'esplosione di una supernova, ma la stragrande maggioranza delle stelle non vive questa fase. Stelle simili al Sole concludono la loro vita in modo molto più tranquillo:si trasformano in supergiganti rosse e poi in nebulose planetarie dopo qualche miliardo di anni, e lascia solo una piccola nana bianca come residuo.

Gli astronomi hanno messo insieme prove di questa sequenza osservando milioni di stelle, ognuno con diversa età e massa, e calcolando "tipico, " o media, comportamento utilizzando modelli stellari. Però, è difficile trovare prove dirette che una particolare stella segua questo percorso.

Ricercatori dell'Osservatorio Konkoly dell'Accademia delle scienze ungherese, Dott. László Molnár e Dott. László Kiss, e il loro collaboratore internazionale, Dott.ssa Meridith Joyce, all'Università Nazionale Australiana, sono ora riusciti a scoprire prove dirette di questa evoluzione grazie a una breve finestra di opportunità alla fine della vita delle stelle più piccole.

Negli ultimi milioni di anni, durante la transizione della stella da gigante rossa a nana bianca, la produzione di energia nella stella diventa instabile. Durante questa fase, la fusione nucleare divampa nel profondo, causando "singhiozzo, " o impulsi termici. Questi impulsi causano drastici, rapidi cambiamenti nelle dimensioni e nella luminosità della stella, visibili nel corso dei secoli. È quindi possibile che un impulso termico venga notato nel corso della vita umana, se il momento è giusto e sappiamo dove cercare i segni di esso.

L'identificazione è aiutata dal fatto che queste vecchie stelle sono anche stelle variabili. Le onde sonore le fanno espandere e contrarre periodicamente, creando pulsazioni per cicli di un anno. Queste variazioni di luce lente ma molto cospicue in molte stelle, compreso TUMi, sono stati seguiti da generazioni di astronomi professionisti e dilettanti per oltre un secolo. Nonostante i termini simili, pulsazione e impulsi termici sono due fenomeni distinti, e possiamo utilizzare il primo per cercare i segni rivelatori del secondo:come la stella si restringe durante un impulso, le onde sonore raggiungono i confini più velocemente, accorciare i periodi di pulsazione di un anno.

TUMi non era una stella variabile particolarmente notevole fino agli anni '80, quando il suo periodo di pulsazione ha cominciato ad accorciarsi drasticamente. Un impulso termico è stato teorizzato per essere la causa di questo rapido cambiamento senza precedenti dagli astronomi ungheresi nei primi anni 2000, ma i modelli evolutivi stellari non erano abbastanza accurati da abbinare le osservazioni alla teoria fino a poco tempo fa.

I ricercatori ungheresi avevano da tempo intenzione di dare un'altra occhiata a T UMi quando sarebbero stati disponibili strumenti migliori e più dati. Come ha spiegato il dottor Kiss, "Oggi, nel secondo decennio degli anni 2000, possiamo modellare le strutture interne, Evoluzione, e le oscillazioni delle stelle con dettagli e accuratezza senza precedenti, grazie agli immensi sviluppi nel campo dell'astrofisica numerica. La comprensione teorica di T Ursae Minoris è diventata una possibilità reale solo negli ultimi 4-5 anni, ma le indagini non sono mai state completamente fuori discussione".

E la loro pazienza è stata ripagata, poiché i dati raccolti dalla rete mondiale di osservatori dell'American Association of Variable Star Observers (AAVSO) nell'ultimo decennio si sono rivelati cruciali:hanno rivelato che nella stella è apparsa una seconda modalità di pulsazione. Queste due distinte onde sonore "stonano" quando la stella si restringe, rendendo possibile definire le proprietà della stella con una precisione molto più elevata che mai.

La modellazione fisica dettagliata della stella è stata effettuata dal ricercatore co-leader Dr. Meridith Joyce presso l'Australian National University di Canberra, Australia. Attraverso la loro collaborazione, gli astronomi hanno riprodotto il comportamento di T UMi con codici di pulsazione e evoluzione stellare all'avanguardia.

"Sebbene le nostre tecniche per modellare le stelle siano migliorate significativamente negli ultimi decenni, è proprio in prima linea nelle nostre capacità modellare un evento evolutivo così breve con questo tipo di precisione. Il progetto ha richiesto lo sviluppo di software e strumenti di estrazione dati completamente nuovi, " ha detto il dottor Joyce. Per contestualizzare la difficoltà del compito:i modelli sono progettati per mappare miliardi di anni di vita stellare, ma è necessaria una precisione dell'ordine di 5-10 anni per calcolare i periodi di pulsazione.

Ma i modelli hanno avuto successo. Alla fine, i calcoli hanno rivelato prove molto forti che T UMi sta entrando in un impulso termico, e inoltre ha mostrato che la stella è nata 1,2 miliardi di anni fa a circa il doppio della massa del Sole. Questa è la stima più precisa della massa e dell'età per questo tipo di vecchio, singola stella mai raggiunta.

E i modelli hanno rivelato approfondimenti non solo sul passato della stella, ma anche il suo futuro:gli astronomi hanno concluso che questa fase di contrazione durerà 80-100 anni in totale, il che significa che saremo in grado di vedere la stella espandersi di nuovo verso l'esterno in altri 40-60 anni. Testare questa previsione sarà molto semplice:abbiamo bisogno solo delle future generazioni di astrofili per continuare ad osservare le variazioni di luce in TUMi.

Guardando più avanti nel tempo, i modelli suggeriscono anche che la stella stia vivendo uno dei suoi ultimi impulsi termici, e potrebbe quindi entrare nella sua fase di nana bianca entro decine o centinaia di migliaia di anni. "È un pensiero che fa riflettere che anche gli eventi 'rapidi', come l'inizio dell'impulso termico in una stella, sono ancora misurati in decenni. Potrebbe volerci l'intera carriera scientifica per provare finalmente, o confutare, questo tipo di previsione. Tuttavia, abbiamo in programma di tenere d'occhio T UMi per il prossimo futuro, "Dottor Molnar, co-responsabile dello studio, concluso.

Ciò fornirà uno dei test più critici e diretti dei nostri modelli di evoluzione stellare fino ad oggi, ma, l'osservazione diretta di un impulso termico comporta anche implicazioni più ampie. Gli impulsi termici arricchiscono l'intero Universo. Diversi elementi, compreso il carbonio, azoto, lattina, e guida, non sono prodotte da supernovae, ma piuttosto nelle profondità di vecchie stelle come T UMi.

Questi elementi sono in grado di raggiungere la superficie della stella ed entrare nel mezzo interstellare circostante dalla miscelazione indotta durante un impulso. Da li, i venti stellari li spingono fuori nella galassia sotto forma di minuscoli granelli di polvere. Questi granelli di polvere sono gli elementi costitutivi delle prossime generazioni di stelle, facendo la formazione dei pianeti intorno alle stelle, e forse anche la vita a base di carbonio su quei pianeti, possibile.

"Siamo entusiasti di aver partecipato a questo lavoro, " ha detto la dottoressa Stella Kafka, Direttore Esecutivo dell'AAVSO. "Questo è un eccellente esempio di collaborazione tra astronomi professionisti e i nostri osservatori che hanno scrupolosamente fornito dati per decenni. È bello vedere nuovi risultati su un vecchio favorito".

I risultati di questo studio sono stati pubblicati in Il Giornale Astrofisico . Una versione prestampata è disponibile gratuitamente su arXiv.