Le stelle supergiganti rosse spumeggiano a tal punto che la loro posizione nel cielo sembra danzare intorno a loro


Immagine artistica della stella supergigante rossa Betelgeuse rivelata dal Very Large Telescope dell’ESO. Mostra una superficie bollente e il materiale disperso dalla stella durante il suo invecchiamento.

Creare una mappa in 3D della nostra galassia sarebbe più facile se alcune stelle si comportassero in modo sufficientemente tranquillo da permetterci di calcolare le distanze da esse. Tuttavia, le supergiganti rosse sono i bambini più vivaci del blocco quando si tratta di individuare la loro posizione esatta. Questo perché sembrano danzare, rendendo difficile individuare la loro posizione nello spazio. L’oscillazione è una caratteristica, non un difetto, di queste stelle massicce e antiche, e gli scienziati vogliono capire il perché.

Per questo, come per altri oggetti difficili della galassia, gli astronomi si sono rivolti a modelli computerizzati per capirne il motivo. Inoltre, stanno utilizzando le misure di posizione della missione Gaia per capire perché le supergiganti rosse sembrano danzare.

Capire le supergiganti rosse

La popolazione delle supergiganti rosse ha diverse caratteristiche comuni. Si tratta di stelle con una massa almeno otto volte superiore a quella del Sole: sono enormi. Una tipica stella ha un diametro da 700 a 1.000 volte quello solare. Con una temperatura di 3500 K, sono molto più fredde della nostra stella che ha circa 6000 K, anche se misurare queste temperature è difficile. Sono molto luminose nella luce infrarossa, ma più deboli nella luce visibile rispetto alle altre stelle. Inoltre, la loro luminosità varia, il che (per alcune di esse) potrebbe essere legato al movimento danzante.

Per saperne di più, basta un attimo.

Se il Sole fosse una supergigante rossa, la Terra non esisterebbe. Perché l’atmosfera della stella sarebbe arrivata fino a Marte e avrebbe inghiottito il nostro pianeta. Gli esempi più noti di questi colossi stellari sono Betelgeuse e Antares. Le supergiganti rosse esistono in tutta la galassia. Una popolazione di esse è visibile di notte in un ammasso vicino chiamato Chi Persei. Fa parte del noto ammasso doppio.

La struttura delle supergiganti rosse

Quindi, abbiamo questa popolazione di stelle che non si comportano come ci si aspetta e non si prestano a facili misurazioni. Perché?

Si sono espanse così tanto che si ritrovano con una gravità superficiale molto bassa. Per questo motivo, le loro celle convettive (le strutture che trasportano il calore dall’interno alla superficie) diventano piuttosto grandi. Una cella copre fino al 20-30% del raggio della stella. Questo “interrompe” la luminosità della stella.

La convezione non solo sposta il calore dall’interno verso l’esterno, ma aiuta anche la stella a espellere materiale nello spazio vicino. E non si tratta di piccoli frammenti di gas e plasma. Una supergigante rossa può inviare nello spazio una massa miliardi di volte superiore a quella del Sole. Tutta questa azione fa apparire la stella spumeggiante e come se la sua superficie stesse bollendo all’impazzata. In sostanza, la posizione della stella sembra danzare nel cielo.

Le supergiganti rosse nel grande schema delle cose

Il materiale delle supergiganti rosse entra a far parte dell'”inventario” chimico delle galassie. Gli elementi creati da queste stelle andranno a formare nuove stelle e mondi. È quindi utile capire bene come queste stelle perdono la loro massa nel corso della loro vita. Tutto questo fa parte della comprensione dell’evoluzione stellare nella Via Lattea e del suo impatto sull’ambiente cosmico. Per questo motivo gli astronomi vogliono tracciare la massa totale che queste stelle invecchiate soffiano nello spazio. Misurano anche la velocità del vento stellare e calcolano la geometria della nube di “materiale stellare” che avvolge una supergigante rossa.

Cosa c’entra tutto questo con l’azione danzante? Beh, l’ebollizione delle celle convettive e l’accumulo di un guscio di materiale intorno alla stella contribuiscono alla sua variabilità. Cioè, influisce sulla sua luminosità nel tempo.

Un modo che gli astronomi utilizzano per determinare l’esatta posizione di una stella è il suo “fotocentro“. Si tratta del centro di luce della stella.

Se la stella varia di luminosità (per qualsiasi motivo), il fotocentro si sposta. Non corrisponderà al baricentro. (Questo è il centro di gravità comune tra la stella e il resto del suo sistema. È una componente delle misure di distanza). In sostanza, il fotocentro varia al variare della luminosità della stella. Insieme all’azione delle enormi celle di convezione, la stella sembra danzare nello spazio.

La danza modifica la stima della distanza

Il “problema della posizione” della supergigante rossa ha attirato Andrea Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Exzellenzcluster ORIGINS e Max Planck Institute for Astrophysics). Insieme all’astronomo Rolf Kudritzki (Osservatorio dell’Università di Monaco di Baviera e Istituto delle Hawaii) e a un team scientifico, ha creato simulazioni delle superfici bollenti e della variabilità della luminosità delle supergiganti rosse.

Le mappe sintetiche mostrano superfici estremamente irregolari, dove le strutture più grandi si evolvono su tempi di mesi o addirittura anni, mentre le strutture più piccole si evolvono nel corso di diverse settimane“, ha detto Chiavassa. “Questo significa che la posizione della stella dovrebbe cambiare in funzione del tempo“.

Nello studio di Astronomy & Astrophysics, il team ha confrontato il proprio modello con le stelle di Chi Persei. Questo ammasso è stato misurato dal satellite Gaia, quindi le posizioni della maggior parte delle sue stelle sono molto precise. Beh, tutte tranne le supergiganti rosse.

Abbiamo scoperto che le incertezze di posizione delle supergiganti rosse sono molto più grandi di quelle delle altre stelle. Questo conferma che le loro strutture superficiali cambiano drasticamente nel tempo, come previsto dai nostri calcoli“, ha spiegato Kudritzki.

Questo cambiamento nella posizione osservabile fornisce una soluzione per comprendere lo spostamento delle posizioni delle supergiganti rosse. Questo, a sua volta, presenta difficoltà nel misurare le distanze esatte di molte di queste stelle. Il modello attuale fornisce anche indizi sull’evoluzione di questi oggetti. Ma sapere che cosa fa danzare le stelle offre una soluzione per calcolare le loro distanze. I modelli futuri aiuteranno gli astronomi a perfezionare le distanze e a capire meglio cosa succede a queste stelle quando invecchiano.

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