Le nane bianche possono ancora subire un’attività termonucleare stabile

Per studiare la fisica che supporta l’evoluzione delle nane bianche, gli astronomi hanno confrontato le nane bianche fredde in due ammassi stellari massicci: gli ammassi globulari M3 e M13. Questi due gruppi condividono molte proprietà fisiche come l’età e la mineralizzazione, ma i gruppi di stelle che alla fine daranno origine alle nane bianche sono diversi. Insieme, questo rende M3 e M13 un laboratorio naturale ideale per testare quanto siano freddi i diversi gruppi di nane bianche. Credito: ESA/Hubble e NASA, G. Piotto et al.

Le stelle morenti possono farli sembrare più giovani? Nuova guida da NASA/Questo è fantastico Telescopio Spaziale Hubble Sottolinea che le nane bianche possono continuare a bruciare idrogeno nelle fasi successive della loro vita, facendole sembrare più giovani di quanto non siano in realtà. Questa scoperta potrebbe avere conseguenze sul modo in cui gli astronomi misurano l’età degli ammassi stellari.

La visione prevalente delle nane bianche come stelle inerti e a lento raffreddamento è stata messa in discussione dalle osservazioni del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. Un gruppo internazionale di astronomi ha scoperto la prima prova che le nane bianche possono rallentare il tasso di invecchiamento bruciando idrogeno sulla loro superficie.

«Abbiamo trovato la prima prova osservativa che le nane bianche possono ancora subire un’attività termonucleare stabile», ha spiegato Jianxing Chen dell’Alma Mater Studiorum Universita di Bologna e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica Italiano, che ha guidato la ricerca. «Questa è stata una grande sorpresa, perché va contro ciò che è comune».

Le nane bianche sono stelle lentamente fredde che perdono i loro strati esterni durante le ultime fasi della loro vita. Sono cose comuni nell’universo. Circa il 98% di tutte le stelle nell’universo finirà per diventare nane bianche, incluso il nostro sole.^[1] Lo studio di queste fasi di raffreddamento aiuta gli astronomi a comprendere non solo le nane bianche, ma anche le loro fasi iniziali.

Per indagare la fisica sottostante Nana bianca Evoluzione, gli astronomi hanno confrontato le nane bianche fredde in due enormi ammassi stellari: gli ammassi globulari M3 e M13.^[2] Questi due gruppi condividono molte proprietà fisiche come l’età e la mineralizzazione^[3] Ma le costellazioni di stelle che alla fine daranno origine a diverse nane bianche. In particolare, il colore complessivo delle stelle nella fase di evoluzione nota come ramo orizzontale è più blu in M13, indicando la presenza di un gruppo di stelle più calde. Insieme, questo rende M3 e M13 un laboratorio naturale ideale per testare quanto siano freddi i diversi gruppi di nane bianche.

Questa immagine mostra una vista su larga scala dell’M13. Credito immagine: ESA/Hubble, Digital Sky Survey 2. Ringraziamenti: D. De Martin

«La notevole qualità delle nostre osservazioni di Hubble ci ha fornito una visione completa degli ammassi stellari dei due gruppi globulari», ha continuato Chen. «Questo ci ha permesso di confrontare come si sviluppano le stelle in M3 e M13».

Utilizzando la Wide Field Camera 3 di Hubble, il team ha osservato M3 e M13 a lunghezze d’onda vicine all’ultravioletto, consentendo loro di confrontare più di 700 nane bianche nei due gruppi. Hanno scoperto che M3 contiene nane bianche standard che semplicemente raffreddano i nuclei stellari. D’altra parte, M13 ha due serie di nane bianche: le nane bianche standard e quelle che sono riuscite ad aderire a un guscio esterno di idrogeno, permettendo loro di bruciare più a lungo e quindi di raffreddarsi lentamente.

Confrontando i loro risultati con le simulazioni al computer dell’evoluzione stellare in M13, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che quasi il 70% delle nane bianche di M13 bruciano idrogeno sulle loro superfici, rallentando la velocità di raffreddamento.

Questa foto mostra un’ampia visuale dell’M3. Credito immagine: ESA/Hubble, Digital Sky Survey 2. Ringraziamenti: D. De Martin

Questa scoperta potrebbe avere conseguenze sul modo in cui gli astronomi misurano l’età delle stelle del mondo via Lattea. L’evoluzione delle nane bianche è stata precedentemente modellata come un processo di raffreddamento prevedibile. Questa relazione relativamente diretta tra età e temperatura ha portato gli astronomi a utilizzare la velocità di raffreddamento della nana bianca come un orologio naturale per determinare l’età degli ammassi stellari, in particolare degli ammassi globulari e aperti. Tuttavia, bruciare idrogeno per le nane bianche potrebbe rendere queste stime dell’età imprecise fino a un miliardo di anni.

«La nostra scoperta sfida la definizione di nane bianche quando osserviamo una nuova prospettiva sul modo in cui le stelle invecchiano», ha aggiunto Francesco Ferraro dell’Alma Mater Studiorum Universita di Bologna e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica Italiano, che ha coordinato lo studio. «Stiamo ora studiando altri ammassi simili a M13 per limitare le condizioni che spingono le stelle a mantenere il sottile involucro di idrogeno che consente loro di invecchiare lentamente».

Appunti

1. Il Sole ha solo 4,6 miliardi di anni durante i suoi 10 miliardi di anni di vita. Una volta che il Sole esaurirà l’idrogeno nel suo nucleo, il Sole si gonfierà in una gigante rossa, inghiottendo i pianeti interni e bruciando la superficie terrestre. Quindi perderà i suoi strati esterni, lasciando il nucleo esposto al sole come una nana bianca lentamente fredda. Questa brace stellare sarebbe incredibilmente densa, raccogliendo una porzione significativa della massa del Sole in una sfera delle dimensioni della Terra.
2. M3 contiene quasi mezzo milione di stelle e si trova nella costellazione Canes Venatici. M13 – a volte noto come il Grande Ammasso Globulare di Ercole – contiene un numero leggermente inferiore di stelle, solo diverse centinaia di migliaia. Le nane bianche sono spesso utilizzate per stimare l’età degli ammassi globulari, quindi una quantità significativa del tempo di Hubble è stata dedicata all’esplorazione delle nane bianche negli antichi ammassi globulari densamente popolati. Hubble ha osservato direttamente la presenza di nane bianche negli ammassi globulari per la prima volta nel 2006.
3. Gli astronomi usano la parola «metallico» per descrivere la proporzione di una stella composta da elementi diversi dall’idrogeno e dall’elio. La stragrande maggioranza della materia nell’universo è idrogeno o elio: prendiamo ad esempio il Sole, il 74,9% della sua massa è idrogeno, il 23,8% è elio e il restante 1,3% è una miscela di tutti gli altri elementi, a cui gli astronomi fanno riferimento come «metalli».

maggiori informazioni

Il telescopio spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra l’Agenzia spaziale europea e la NASA.

Il team internazionale di astronomi in questo studio è composto da Jiancheng Chen (Alma Mater Studiorum Università di Bologna e Osservatorio di Astrofisica e Spazio di Bologna), Francesco R Ferraro (Alma Mater Studiorum Università di Bologna e Osservatorio di Astrofisica e Astronomia di Bologna), Mario Cadialano ( Osservatorio Astrofisica e Scienze Spaziali Bologna), Maurizio Salaris (Liverpool John Moores University), Barbara Lanzoni (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna e Osservatorio Astrofisica e Scienze Spaziali Bologna), Christina Palanca (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna) e Leandro G. Althaus (Universidad Nacional de La Plata e CCT – CONICET Centro Cientifico Tecnologico La Plata) ed Emanuele Dalessandro (Osservatorio di Astrofisica e Scienze Spaziali di Bologna).