Le nuove scoperte descrivono un metodo per indagare il flash del nucleo di elio delle stelle di tipo solare


hot-subdwarf-b_1024.jpg

Tra circa 5 miliardi di anni, quando il sole avrà esaurito l’idrogeno nel suo nucleo, si gonfierà e diventerà una stella gigante rossa. Questa fase della sua vita, e quella di altre stelle fino al doppio della sua massa, è relativamente breve rispetto agli oltre 10 miliardi di anni di aspettativa di vita del sole. La gigante rossa splenderà 1000 volte più luminosa del sole attuale, e improvvisamente l’elio in profondità nel suo nucleo inizierà a fondersi in carbonio in un processo chiamato “flash del nucleo di elio”. Dopo questo, la stella si stabilisce in una tranquilla fusione dell’elio per 100 milioni di anni.

Gli astrofisici hanno previsto questi flash in teoria e nei modelli per 50 anni, ma nessuno di essi è mai stato osservato. Tuttavia, un nuovo studio in Nature Astronomy suggerisce che questo potrebbe presto cambiare.

“Gli effetti del flash del nucleo di elio sono chiaramente previsti dai modelli, ma non abbiamo trovato osservazioni che li riflettono direttamente”, ha detto il coautore Jørgen Christensen-Dalsgaard, professore alla Aarhus University in Danimarca.

Una stella come il sole è alimentata dalla fusione dell’idrogeno in elio a temperature intorno ai 15 milioni di gradi Kelvin. L’elio, tuttavia, richiede una temperatura molto più alta dell’idrogeno, circa 100 milioni di K, per iniziare a fondersi nel carbonio, quindi si accumula semplicemente nel nucleo mentre un guscio di idrogeno continua a bruciare intorno ad esso. Nel frattempo, la stella si espande fino ad una dimensione paragonabile all’orbita terrestre. Alla fine, il nucleo della stella raggiunge le condizioni perfette, innescando una violenta accensione dell’elio: il flash del nucleo di elio. Il nucleo subisce diversi flash nel corso dei successivi 2 milioni di anni, per poi stabilizzarsi in uno stato più statico dove procede a bruciare tutto l’elio del nucleo in carbonio e ossigeno nel corso di circa 100 milioni di anni.

Il flash del nucleo di elio gioca un ruolo fondamentale nella nostra comprensione dei cicli di vita delle stelle a bassa massa. Purtroppo, raccogliere dati dai nuclei di stelle lontane è incredibilmente difficile, quindi gli scienziati non sono stati in grado di osservare questo fenomeno.

La potenza dei moderni osservatori spaziali come Kepler, CoRoT e ora il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA promette di cambiare questa situazione. “La disponibilità di misure molto sensibili dallo spazio ha reso possibile osservare sottili oscillazioni nella luminosità di un gran numero di stelle”, ha spiegato Christensen-Dalsgaard.

Il flash del nucleo di elio produce una serie di onde diverse che si propagano attraverso la stella. Questo fa vibrare la stella come una campana, che si manifesta come una debole variazione della sua luminosità complessiva. Le osservazioni delle pulsazioni stellari hanno già insegnato agli astronomi i processi all’interno delle stelle in modo molto simile a quello in cui i geologi imparano sull’interno della Terra studiando i terremoti. Questa tecnica, nota come asterosismologia, è cresciuta fino a diventare un campo fiorente nell’astrofisica.

Il nucleo lampeggia all’improvviso e, come un terremoto, inizia con un evento molto energico seguito da una serie di eventi successivi più deboli nei successivi 2 milioni di anni, un periodo relativamente breve nella vita della maggior parte delle stelle. Come mostrato in un articolo del 2012, condotto da Lars Bildsten, direttore del KITP e Bill Paxton, le frequenze di pulsazione di queste stelle sono molto sensibili alle condizioni del nucleo. Come risultato, l’asterosismologia potrebbe fornire agli scienziati informazioni che mettono alla prova la nostra comprensione di questi processi.

“Eravamo entusiasti nel momento in cui queste nuove capacità spaziali ci hanno permesso di confermare questo pezzo di evoluzione stellare a lungo studiato. Tuttavia, non abbiamo considerato la possibilità ancora più eccitante che questi autori hanno esplorato di usare la stella vigorosamente convettiva per ottenere effettivamente l’anello stellare”, ha detto Bildsten.

Lo scopo principale del nuovo studio era quello di determinare se queste regioni lampeggianti potessero eccitare pulsazioni abbastanza grandi da essere viste. E dopo mesi di analisi e simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che molti dovrebbero essere relativamente facili da osservare.

“Sono rimasto certamente sorpreso che il meccanismo in realtà ha funzionato così bene”, ha detto Christensen-Dalsgaard.

Il nuovo e promettente ramo di studio descritto nel documento è che gli astronomi hanno studiato i processi in un tipo di stella molto speciale e finora non molto ben compreso di stella designata come subdwarf B star. Si tratta di ex giganti rosse che, per motivi sconosciuti, hanno perso la maggior parte del loro strato esterno di idrogeno. Le stelle “subdwarf B star” offrono agli scienziati un’opportunità unica di sondare più direttamente il nucleo caldo di una stella. Inoltre, il restante strato sottile di idrogeno non è abbastanza spesso da smorzare le oscillazioni dei ripetuti flash del nucleo di elio, dando ai ricercatori la possibilità di osservarle  direttamente.

Questo studio fornisce le prime informazioni osservazionali sui complessi processi previsti dai modelli stellari all’accensione della fusione dell’elio. “Questo lavoro ha approfittato di una serie di calcoli fluidodinamici condotti dall’ex compagno di corso di laurea KITP Daniel Lecoanet”, ha osservato Bildsten. “Se tutto questo funzionerà, queste stelle possono fornire un nuovo terreno di prova per questo fondamentale puzzle in astrofisica”.

Christensen-Dalsgaard ha dichiarato di essere ansioso di applicare queste scoperte ai dati reali. E infatti, i flash del nucleo di elio possono già essere stati osservati. Molte delle stelle osservate da CoRoT e Kepler mostrano oscillazioni inspiegabili che sembrano simili alle previsioni dei flash del nucleo di elio. TESS si rivelerà cruciale in questa ricerca futura, ha spiegato, dal momento che osserverà un’intera fascia di stelle, comprese alcune dove queste pulsazioni possono essere rilevabili. Questo fornirà ulteriori forti prove dei modelli e una visione di ciò che il futuro ha in serbo per il nostro sole.

Fonte