MERITO DELLA TURBOLENZA

Uguali come due gocce d’acqua

L'uniformità chimica delle stelle nello stesso ammasso è il risultato di processi assai efficienti di miscelazione turbolenta nelle nubi di gas dove avviene la formazione stellare. Questi i risultati di una simulazione condotta da ricercatori dell'Università della California a Santa Cruz

Simulazione al computer che mostra la collisione tra due flussi di gas interstellare che portano al collasso gravitazionale e alla nascita di una stella Credit: Y. Feng and M. Krumholz

Simulazione al computer che mostra la collisione tra due flussi di gas interstellare che portano al collasso gravitazionale e alla nascita di una stella
Credit: Y. Feng and M. Krumholz

Le stelle sono formate principalmente di idrogeno e elio, ma contengono anche tracce di altri elementi come carbonio, ossigeno, ferro e altre sostanze. L’attenta misurazione delle lunghezze d’onda della luce che le stelle emettono permette infatti agli astronomi di stabilire in quale quantità siano presenti tali elementi. Gli astronomi sanno da tempo che l’abbondanza degli elementi presenti nelle stelle che si trovino nello stesso ammasso stellare gravitazionalmente legato è praticamente la stessa e questa traccia può essere considerata una sorta di impronta digitale genetica, un po’ come succede per i membri di una famiglia che condividono un medesimo set di geni. Insomma, le stelle che hanno avuto origine dal medesimo ammasso gassoso condividono lo stesso ‘DNA’.

Le stelle che appartengono alla medesima famiglia di solito però non si trovano insieme, per questo la capacità di misurare questa impronta digitale potrebbe essere molto utile. Molte stelle sono nate all’interno dello stesso ammasso, ma nel tempo si sono allontanate migrando nella galassia. La quantità di elementi chimici che le compongono è però stabilita dalla nascita. Per questo gli astronomi si sono interrogati a lungo sulla possibilità di stabilire se due stelle che si trovino magari agli antipodi delle galassia abbiano avuto origine dalla stessa nube molecolare. Questo renderebbe possibile anche individuare se nella galassia ci siano stelle sorelle del nostro Sole.

C’è solo un problema, e non di poco rilievo, come fa notare Mark Krumholz, professore associato di astronomia e astrofisica, leader del team di ricerca che ha pubblicato lo studio. Infatti, nonostante le stelle che hanno avuto origine dal medesimo ammasso gassoso siano oggi chimicamente identiche non ci sono – o almeno non c’erano – prove certe per pensare che questa “riunione di famiglia” tenga insieme stelle che si siano originate insieme, ma che si siano immediatamente disperse. Il problema sottostante era rappresentato dall’incertezza sulle ragioni per cui due stelle siano chimicamente omogenee. In una nube nella quale le stelle si siano formate con rapidità potrebbe non esserci stato il tempo per permettere questa omogeneizzazione, potendo così dare origine a stelle che pur condividendo la medesima origine non presentino tuttavia la stessa omogeneità da un punto di vista della composizione chimica. “Senza una reale comprensione del meccanismo fisico che produce l’uniformità tutto si ridurrebbe ad una mera speculazione” aggiunge Krumholz.

Il team di ricerca utilizzando i supercomputer in dotazione all’Università di Santa Cruz ha prodotto una simulazione dinamica tra due flussi di gas che si scontrano per formare una nube dalla quale, nel corso di qualche milione di anni, si viene a formare un ammasso di stelle. Aggiungendo dei tracciatori colorati ai due flussi nella simulazione è stato possibile vedere come il gas si miscelasse nel corso del processo. Ad uno dei flussi è stato assegnato un marcatore di colore rosso, all’altro di colore blu: nel momento in cui i flussi si sono scontrati tutto è diventato viola, così come le stelle originate dalla simulazione. Quindi nel momento in cui i flussi si sono scontrati la loro estrema turbolenza ha mescolato completamente i tracciatori.

La simulazione dunque ha evidenziato in modo esatto il perché le stelle che siano nate insieme abbiano esattamente la stessa quantità di elementi chimici presenti: la causa è da ricercarsi nell’altissima velocità delle miscelazione iniziale. Gli studiosi non si aspettavano che la turbolenza fosse tanto violenta e che la miscelazione fosse di conseguenza così rapida. I risultati che ci si attendeva dalla simulazione avrebbero dovuto evidenziale la formazione di alcune stelle marcate più evidentemente in blu ed altre maggiormente in rosso, indice di un mescolamento incompleto tra i due differenti flussi originari, piuttosto che la nascita di stelle tutte inequivocabilmente viola.

Altre simulazioni nelle quali le nubi non hanno convertito interamente il proprio gas in stelle – come probabilmente è accaduto a quella che ha dato origine al nostro Sole – hanno prodotto stelle con quantità di elementi chimici praticamente identiche. Quindi la spiegazione fisica che mancava su come e perché funzioni la miscelazione chimica degli elementi alla base della nascita di una stella è ora stata spiegata con chiarezza e mostra che il processo di miscelazione chimica sia generalmente molto rapido anche in un ambiente che non ha portato alla nascita di un ammasso stellare, come – appunto – quello in cui si è formato il Sole.

A questo punto possiamo ipotizzare che se ci sono nella Galassia stelle sorelle del nostro Sole sarà ora possibile cercarle con maggior sicurezza attraverso l’analisi della loro composizione chimica.