COME GLI AGN PLASMANO L’EVOLUZIONE STELLARE

Stelle estreme in ambienti estremi

Non sono tutte uguali le stelle. Non solo perché il loro destino varia al variare della massa, ma anche perché esso è fortemente influenzato dall'ambiente in cui nascono o si trovano a vivere. È proprio questa la ragione che ha spinto un gruppo di astronomi a indagare nel dettaglio cosa succeda alle stelle che si trovano nei dischi di accrescimento degli Agn. Lo studio ne ripercorre la vita, per la prima volta, e ne analizza le conseguenze e le possibilità di osservazione

     12/05/2021
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Centaurus A, una galassia con un nucleo attivo che emette getti in rapido movimento nei suoi dintorni. Crediti: Immagine ottica, Eso/Wfi; Immagine submillimetrica, MpIfr/Eso/Apex/A.Weiss et al.; Immagine a raggi X, Nasa/Cxc/Cfa/R.Kraft et al.

La maggior parte delle stelle nasce e trascorre la propria vita in un ambiente tranquillo e relativamente vuoto, il mezzo interstellare. Quand’anche due stelle si trovino a convivere in un sistema binario, la loro routine è comunque molto simile a quella delle stelle isolate, tranne in una breve – rispetto al loro tempo di vita medio – fase in cui la compagna più prepotente accresce massa dalla più dimessa. Le teorie di evoluzione stellare si basano dunque su queste condizioni al contorno per seguire il percorso delle stelle e il loro contributo all’arricchimento chimico del cosmo. In un nuovo studio teorico pubblicato su The Astrophysical Journal gli scienziati si sono chiesti invece quale sia il destino delle stelle che si trovano a vivere in ambienti estremi come i dischi di accrescimento dei nuclei galattici attivi (Agn) e quali tracce possano lasciare nell’ambiente.

Gli Agn sono un fenomeno energetico estremo che si verifica al centro di alcune galassie il cui buco nero si nutre voracemente del materiale di un disco di accrescimento sottile che gli orbita intorno. L’energia sprigionata dagli Agn è tale che la loro luce – emessa su tutto lo spettro e proveniente dal disco di accrescimento e dai getti di materiale in uscita – oscura quasi completamente la galassia circostante, soprattutto nel visibile. Dal momento che la condizione di Agn è transitoria all’interno di una galassia, alcune galassie – come la nostra – si pensa l’abbiano già conclusa e possono essere usate come esempio per ricercare evidenze osservative compatibili con diversi scenari teorici.

Non è chiaro se le stelle che si trovano ad avere a che fare con queste condizioni ambientali estreme siano nate in esse o migrate in seguito verso il disco. Quel che è chiaro, invece, è che la loro condizione influenza fortemente il loro processo evolutivo. In questo nuovo studio, gli autori hanno dovuto innanzitutto modificare le condizioni al contorno tipiche impiegate nei codici di evoluzione stellare per renderle compatibili con quelle di un Agn. In particolare, hanno dovuto considerare temperature più elevate e densità del mezzo interstellare molto maggiori. La prima conseguenza è che le stelle cominciano ad accrescere massa molto velocemente e la loro composizione interna viene continuamente mescolata dai moti convettivi – al contrario, le stelle di piccola massa hanno una stratificazione ben definita, con gli elementi chimici più leggeri al centro e quelli più pesanti verso l’esterno. Il processo di fusione continua velocemente e, proprio grazie ai moti convettivi, la stella continua a ricevere idrogeno fresco dall’ambiente circostante.

Man mano che diventano più grandi, le stelle nei dischi degli Agn vivono continuamente in bilico fra l’accrescimento di massa dal materiale esterno e la perdita della stessa a causa di potenti venti stellari. Venti che arricchiscono l’ambiente circostante di elementi pesanti come elio, carbonio, azoto e ossigeno prodotti all’interno della stella. Giungerà un momento, come per ogni stella molto massiccia, in cui l’energia derivante dalla fusione non sarà più sufficiente a contrastare il collasso gravitazionale indotto dal proprio stesso peso: la stella esploderà come supernova, arricchendo il mezzo circostante di elementi chimici ancora più pesanti e lasciando, al centro, un resto stellare compatto. Ulteriori processi di accrescimento o fusione potrebbero infine dar luogo a un buco nero.

Schema che mostra l’evoluzione stellare nel disco di accrescimento di un Agn. Le stelle di bassa massa possono formarsi o essere accolte dal disco, dove guadagnano massa e alla fine si evolvono per lasciare residui compatti vicino al centro del disco. Crediti: Cantiello et al. 2021

La strada sembra segnata, il destino scritto. Ma come possiamo identificare, dunque, la presenza di queste stelle in un ambiente così energetico ed estremo? Innanzitutto, guardandone la composizione chimica. Se la maggior parte delle stelle nate – o capitate – sul posto si trova a seguire un accrescimento repentino e un destino simile a quello descritto sopra, il gas nel disco di accrescimento dovrebbe riempirsi di metalli ed elementi chimici pesanti, prodotti dalle stelle stesse e dalla loro esplosione come supernove. In effetti, gli astronomi hanno già notato che i dischi di accrescimento degli Agn sono ricchi di elementi chimici pesanti. Inoltre, dato questo destino esplosivo, l’ambiente dovrebbe popolarsi di resti stellari compatti molto più numerosi rispetto a un qualunque altro ambiente stellare. Infine, se questi resti stellari si fondessero insieme, i dischi di accrescimento degli Agn potrebbero essere un ambiente di produzione frequente di onde gravitazionali, rivelabili dalla Terra con i rivelatori Ligo e Virgo.

Il cerchio sembra chiudersi, ma il lavoro degli astronomi non è che agli inizi. Ora, bisogna alzare gli occhi al cielo.

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