Indovinare la propria età potrebbe essere un popolare gioco di carnevale, ma per gli astronomi determinare l'età delle stelle è una vera sfida. Una volta che una stella come il nostro Sole si è stabilizzata nella fase di fusione nucleare stabile, o nella fase matura della sua vita, cambia poco per miliardi di anni. Un'eccezione a questa regola è il periodo di rotazione della stella:la velocità con cui gira. Misurando i periodi di rotazione di centinaia di migliaia di stelle, il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA promette di portare nuove conoscenze sulle popolazioni stellari nella nostra galassia della Via Lattea dopo il suo lancio entro maggio 2027.
Le stelle nascono ruotando rapidamente. Tuttavia, le stelle della massa del nostro Sole o più piccole rallenteranno gradualmente nel corso di miliardi di anni. Questo rallentamento è causato dalle interazioni tra un flusso di particelle cariche noto come vento stellare e il campo magnetico della stella. Le interazioni rimuovono il momento angolare, facendo ruotare la stella più lentamente, proprio come un pattinatore sul ghiaccio rallenta quando estende le braccia.
Questo effetto, chiamato frenatura magnetica, varia a seconda dell'intensità del campo magnetico della stella. Le stelle che ruotano più velocemente hanno campi magnetici più forti, che le fanno rallentare più rapidamente. A causa dell'influenza di questi campi magnetici, dopo circa un miliardo di anni stelle con la stessa massa ed età ruoteranno alla stessa velocità. Pertanto, se conosci la massa e la velocità di rotazione di una stella, puoi potenzialmente stimarne l'età. Conoscendo l'età di una vasta popolazione di stelle, possiamo studiare come la nostra galassia si è formata e si è evoluta nel tempo.
Come misurano gli astronomi la velocità di rotazione di una stella distante? Cercano cambiamenti nella luminosità della stella dovuti alle macchie stellari. Le macchie stellari, come le macchie solari sul nostro Sole, sono macchie più fredde e più scure sulla superficie di una stella. Quando è visibile una macchia stellare, la stella sarà leggermente più debole rispetto a quando la macchia si trova sul lato più lontano della stella.
Se una stella avesse un unico punto grande, subirebbe uno schema regolare di oscuramento e luminosità mentre il punto ruota dentro e fuori dalla vista. (Questo oscuramento può essere differenziato da un effetto simile causato da un esopianeta in transito.) Ma una stella può avere dozzine di macchie sparse sulla sua superficie in qualsiasi momento, e quelle macchie variano nel tempo, rendendo molto più difficile individuare le macchie periodiche. segnali di oscuramento dovuti alla rotazione della stella.
Applicazione dell'intelligenza artificiale
Un team di astronomi dell'Università della Florida sta sviluppando nuove tecniche per estrarre un periodo di rotazione dalle misurazioni della luminosità di una stella nel tempo.
Stanno utilizzando un tipo di intelligenza artificiale nota come rete neurale convoluzionale per analizzare le curve di luce, o grafici della luminosità di una stella, nel tempo. Per fare ciò, la rete neurale deve prima essere addestrata su curve di luce simulate. Zachary Claytor, ricercatore scientifico principale del progetto, associato post-dottorato dell'Università della Florida, ha scritto un programma chiamato "butterpy" per generare tali curve di luce.
"Questo programma consente all'utente di impostare una serie di variabili, come la velocità di rotazione della stella, il numero di macchie e la durata delle macchie. Quindi calcolerà come le macchie emergono, si evolvono e decadono mentre la stella ruota e converte l'evoluzione di quella macchia in un curva della luce:ciò che misureremmo a distanza", ha spiegato Claytor.
Il team ha già applicato la propria rete neurale addestrata ai dati del TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA. Gli effetti sistematici rendono più difficile misurare con precisione periodi di rotazione stellare più lunghi, ma la rete neurale addestrata dal team è stata in grado di misurare con precisione questi periodi di rotazione più lunghi utilizzando i dati TESS.
Sondaggio sulle stelle di Roman
Il prossimo Telescopio Spaziale Romano raccoglierà dati da centinaia di milioni di stelle attraverso il suo Galactic Bulge Time Domain Survey, uno dei tre principali sondaggi della comunità che condurrà. Roman guarderà verso il centro della nostra galassia, una regione affollata di stelle, per misurare quante di queste stelle cambiano di luminosità nel tempo. Queste misurazioni consentiranno molteplici indagini scientifiche, dalla ricerca di esopianeti distanti alla determinazione della velocità di rotazione delle stelle.
Il progetto specifico dell'indagine è ancora in fase di sviluppo da parte della comunità astronomica. Lo studio sulla rotazione stellare promette di aiutare a definire potenziali strategie di indagine.
"Possiamo verificare quali cose contano e cosa possiamo estrarre dai dati romani a seconda delle diverse strategie di indagine. Quindi, quando avremo effettivamente i dati, avremo già un piano", ha affermato Jamie Tayar, assistente professore di astronomia presso l'Università di Roma. Università della Florida e ricercatore principale del programma.
"Disponiamo già di molti strumenti e pensiamo che possano essere adattati a Roman", ha aggiunto.
Fornito da Space Telescope Science Institute
