Immagina le braci di un falò, che si attenuano lentamente nel tempo. Questo è il destino che la maggior parte delle stelle dell’universo deve affrontare. Una volta esaurito il combustibile nucleare, il 98% delle stelle, compreso il nostro Sole, finiranno per diventare nane bianche. Si pensa che questi resti piccoli e densi semplicemente si raffreddino, diventando sempre più deboli man mano che l'universo invecchia.
Nel 2019, gli astronomi hanno scoperto un gruppo di nane bianche che hanno misteriosamente smesso di raffreddarsi. Queste stelle "per sempre giovani" rimangono a una temperatura superficiale quasi costante per almeno otto miliardi di anni:un periodo di tempo incredibile, considerando che l'universo ha 13,8 miliardi di anni.
Qualcosa sta alimentando queste stelle dall'interno, ma dato che avevano esaurito la fonte di combustibile nucleare, gli scienziati non erano sicuri di cosa potesse mantenerle così luminose. La nostra ricerca, recentemente pubblicata su Nature , presenta la soluzione a questo enigma.
Utilizzando le informazioni raccolte dall'osservatorio spaziale Gaia dell'Agenzia spaziale europea, i ricercatori hanno scoperto che alcune nane bianche sostanzialmente smettono di raffreddarsi.
Studiando come sono distribuite le nane bianche in funzione della temperatura (dal caldo al freddo) nei dati di Gaia, gli astronomi hanno notato un accumulo di nane bianche a temperature intermedie. Ciò indica che alcune nane bianche trascorrono più tempo a queste temperature intermedie:otto miliardi di anni in più di quanto si pensasse possibile.
Le nane bianche sono strane. Un semplice cucchiaino di materiale proveniente dai loro nuclei pesa diverse tonnellate. Sotto densità così estreme, la materia può comportarsi in modo strano. Anche se l’interno delle nane bianche è caldo a milioni di gradi, la densità è sufficientemente elevata da poterle congelare fino a raggiungere uno stato solido. Formano cristalli dal carbonio, dall'ossigeno e da altri elementi presenti al loro interno.
La formazione di questi cristalli inizia normalmente al centro della stella, dove la densità è massima. Man mano che la nana bianca si raffredda, si formano altri cristalli in strati successivi fino a quando quasi tutta la stella diventa completamente solida.
Tuttavia, questa cristallizzazione al rovescio non si applica a tutte le nane bianche. Abbiamo scoperto che gli elementi più pesanti presenti nelle nane bianche vengono espulsi dai cristalli man mano che si formano, proprio come il sale viene espulso dai cristalli di ghiaccio quando l'acqua del mare congela.
I cristalli diventano meno densi dell'ambiente circostante e galleggiano come cubetti di ghiaccio in un bicchiere d'acqua. Poiché i cristalli non rimangono al loro posto, il nucleo non può semplicemente congelarsi dall'interno.
I movimenti creati dai cristalli fluttuanti rimescolano la stratificazione chimica all'interno della stella. A poco a poco, gli elementi più pesanti vengono trasportati verso il centro. Questo rilascia un flusso costante di energia gravitazionale che mantiene la stella brillante a una temperatura quasi costante per miliardi di anni.
I cristalli fluttuanti possono fermare il processo di invecchiamento stellare, fornendo una fonte di energia finale a stelle altrimenti morte.
Finora, questa pausa di raffreddamento è stata identificata in modo definitivo solo per una piccola frazione della popolazione di nane bianche. Le grandi masse e le peculiari composizioni di queste anomale nane bianche suggeriscono che abbiano avuto storie piuttosto violente. Molto probabilmente, sono il prodotto di fusioni stellari, eventi in cui due stelle si scontrano e si combinano.
Ma questa potrebbe essere solo la punta dell’iceberg. Sulla base delle nostre scoperte, sospettiamo che quasi tutte le nane bianche, e non solo quelle fuse, sperimentano una pausa di raffreddamento durante la loro evoluzione. Tuttavia, questa pausa di raffreddamento più universale sarebbe molto più breve dell’interruzione multimiliardaria studiata finora.
Sono in corso osservazioni per cercare di identificare questa pausa di raffreddamento più breve nel resto della popolazione di nane bianche.
Questi risultati hanno implicazioni per l’archeologia stellare. Più fredda è la nana bianca, più vecchia deve essere. Proprio come gli archeologi utilizzano la datazione al carbonio 14 per determinare l'età dei manufatti e ricostruire la storia di una città o civiltà, gli astronomi si affidano al raffreddamento delle nane bianche per misurare l'età delle stelle e comprendere la storia della nostra galassia, la Via Lattea.
La nostra scoperta rende tutto più complicato. Una nana bianca con una certa temperatura potrebbe essere miliardi di anni più vecchia di quanto inizialmente ipotizzato a causa della formazione di questi cristalli galleggianti. La chiave ora è capire quali stelle sperimentano questa pausa di raffreddamento e quali no.
Fornito da The Conversation
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