Rappresentazione artistica di alcuni possibili percorsi evolutivi per stelle di diverse masse iniziali. Alcune proto-stelle, le nane brune, non diventano mai abbastanza calde da accendersi in stelle a tutti gli effetti, e semplicemente si raffreddano e svaniscono. Le nane rosse, il tipo più comune di stella, continuano a bruciare finché non hanno trasformato tutto il loro idrogeno in elio, trasformandosi in una nana bianca. Le stelle simili al sole si gonfiano in giganti rosse prima di gonfiare i loro gusci esterni in nebulose colorate mentre i loro nuclei collassano in una nana bianca. Le stelle più massicce collassano bruscamente una volta che hanno bruciato il loro combustibile, innescando un'esplosione di supernova o un lampo di raggi gamma e lasciando dietro di sé una stella di neutroni o un buco nero. Credito:ESA
Tutti desideriamo a volte di poter vedere nel futuro. Ora, grazie ai dati più recenti della missione Gaia di mappatura stellare dell'ESA, gli astronomi possono fare proprio questo per il sole. Identificando accuratamente stelle di massa e composizione simili, possono vedere come si evolverà il nostro sole in futuro. E questo lavoro va ben oltre una piccola chiaroveggenza astrofisica.
La terza major data release (DR3) di Gaia è stata resa pubblica il 13 giugno 2022. Uno dei principali prodotti usciti da questa release è stato un database delle proprietà intrinseche di centinaia di milioni di stelle. Questi parametri includono quanto sono caldi, quanto sono grandi e quali masse contengono.
Gaia effettua letture eccezionalmente accurate della luminosità apparente di una stella, vista dalla Terra, e del suo colore. Trasformare quelle caratteristiche di osservazione di base nelle proprietà intrinseche di una stella è un lavoro scrupoloso.
Orlagh Creevey, Observatoire de la Côte d'Azur, Francia, e i collaboratori dell'Unità di coordinamento 8 di Gaia, sono responsabili dell'estrazione di tali parametri astrofisici dalle osservazioni di Gaia. In questo modo, il team sta costruendo il lavoro pionieristico degli astronomi che hanno lavorato presso l'Harvard College Observatory, nel Massachusetts, tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo.
A quel tempo, gli sforzi degli astronomi erano incentrati sulla classificazione dell'aspetto delle "linee spettrali". Queste sono linee scure che appaiono nell'arcobaleno di colori prodotto quando la luce di una stella viene divisa con un prisma. Annie Jump Cannon ha ideato una sequenza di classificazione spettrale che ordinava le stelle in base alla forza di queste righe spettrali. Successivamente si è scoperto che questo ordine era direttamente correlato alla temperatura delle stelle. Antonia Maury ha fatto una classificazione separata basata sulla larghezza di alcune righe spettrali. Successivamente si è scoperto che questo era correlato alla luminosità e all'età di una stella.
La correlazione di queste due proprietà consente di tracciare ogni stella dell'Universo su un unico diagramma. Conosciuto come diagramma Hertzsprung-Russell (HR), è diventato una delle pietre miliari dell'astrofisica. Ideato indipendentemente nel 1911 da Ejnar Hertzsprung e nel 1913 da Henry Norris Russell, un diagramma HR traccia la luminosità intrinseca di una stella rispetto alla sua temperatura superficiale effettiva. In tal modo, rivela come le stelle si evolvono durante i loro lunghi cicli di vita.
Mentre la massa della stella cambia relativamente poco durante la sua vita, la temperatura e le dimensioni della stella variano notevolmente con l'invecchiamento. Questi cambiamenti sono guidati dal tipo di reazioni di fusione nucleare che si stanno verificando all'interno della stella in quel momento.
Con un'età di circa 4,57 miliardi di anni, il nostro sole è attualmente nella sua confortevole mezza età, fondendo idrogeno in elio ed essendo generalmente piuttosto stabile; rimasto uniforme. Non sarà sempre così. Quando l'idrogeno si esaurisce nel suo nucleo e iniziano i cambiamenti nel processo di fusione, ci aspettiamo che si gonfi in una stella gigante rossa, abbassando la sua temperatura superficiale nel processo. Il modo esatto in cui ciò accade dipende da quanta massa contiene una stella e dalla sua composizione chimica. È qui che entra in gioco DR3.
Orlagh e colleghi hanno analizzato i dati alla ricerca delle osservazioni stellari più accurate che il veicolo spaziale potesse offrire. "Volevamo avere un campione di stelle davvero puro con misurazioni ad alta precisione", afferma Orlagh.
Hanno concentrato i loro sforzi su stelle con temperature superficiali comprese tra 3000 K e 10.000 K perché queste sono le stelle più longeve della Galassia e quindi possono rivelare la storia della Via Lattea. Sono anche candidati promettenti per la ricerca di esopianeti perché sono sostanzialmente simili al Sole, che ha una temperatura superficiale di 6000 K.
Successivamente, Orlagh e colleghi hanno filtrato il campione per mostrare solo quelle stelle che avevano la stessa massa e composizione chimica del sole. Dal momento che hanno permesso che l'età fosse diversa, le stelle che hanno selezionato hanno finito per tracciare una linea attraverso il diagramma H-R che rappresenta l'evoluzione del nostro sole dal suo passato al suo futuro. Ha rivelato il modo in cui la nostra stella varierà la sua temperatura e luminosità con l'invecchiamento.
Da questo lavoro, diventa chiaro che il nostro sole raggiungerà una temperatura massima a circa 8 miliardi di anni, quindi si raffredderà e aumenterà di dimensioni, diventando una stella gigante rossa intorno ai 10-11 miliardi di anni. Il sole raggiungerà la fine della sua vita dopo questa fase, quando alla fine diventerà una debole nana bianca.
Trovare stelle simili al sole è essenziale per capire come ci adattiamo all'Universo più ampio. "Se non capiamo il nostro sole, e ci sono molte cose che non sappiamo al riguardo, come possiamo aspettarci di capire tutte le altre stelle che compongono la nostra meravigliosa galassia", afferma Orlagh.
È fonte di una certa ironia che il sole sia la nostra stella più vicina e più studiata, eppure la sua vicinanza ci costringe a studiarlo con telescopi e strumenti completamente diversi da quelli che usiamo per guardare il resto delle stelle. Questo perché il sole è molto più luminoso delle altre stelle. Identificando stelle simili al sole, ma questa volta con età simili, possiamo colmare questo divario osservativo.
Per identificare questi "analoghi solari" nei dati di Gaia, Orlagh e colleghi hanno cercato stelle con temperature, gravità superficiale, composizioni, masse e raggi che sono tutti simili al sole di oggi. Hanno trovato 5863 stelle che corrispondevano ai loro criteri.
Ora che Gaia ha prodotto l'elenco dei bersagli, altri possono iniziare a investigarli sul serio. Alcune delle domande a cui vogliono che le risposte includano:tutti gli analoghi solari hanno sistemi planetari simili al nostro? Tutti gli analoghi solari ruotano a una velocità simile a quella del sole?
Con il rilascio dei dati 3, la strumentazione estremamente accurata di Gaia ha consentito di determinare i parametri stellari di più stelle in modo più preciso che mai. E questa precisione si diffonderà in molti altri studi, ad esempio, conoscere le stelle in modo più accurato può aiutare nello studio delle galassie, la cui luce è l'amalgama di miliardi di singole stelle.
"La missione Gaia ha toccato ovunque in astrofisica", afferma Orlagh. + Esplora ulteriormente
