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La doppia anima del magnetismo stellare

L’abbondanza di elementi pesanti all’interno di una stella ha un ruolo importante nei meccanismi che portano alla formazione e riorganizzazione del campo magnetico su grande scala, un fenomeno chiamato “dinamo stellare”. È il risultato dello studio guidato da due ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica, che hanno compilato il più grande catalogo ad oggi dei periodi del ciclo di attività e di rotazione stellari, per un campione di 67 stelle

     10/11/2022
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Variazioni dell’attività del Sole osservate nel corso di 25 anni dal satellite Soho (Solar and Heliospheric Observatory). Crediti: Soho (Esa & Nasa)

In che modo la rotazione di una stella può influenzare il periodo del suo ciclo di attività? Questa domanda, uno dei grandi quesiti aperti nell’astrofisica stellare, è collegata a una domanda ancor più fondamentale: il Sole è una stella di tipo solare?

Hanno fatto finalmente chiarezza Alfio Bonanno ed Enrico Corsaro, ricercatori presso l’Istituto nazionale di astrofisica a Catania, in un articolo pubblicato questa settimana su The Astrophysical Journal Letters. Il nuovo studio mostra infatti l’esistenza di una dicotomia nella distribuzione di quanto rapidamente varia il ciclo di attività di una stella in funzione della sua rotazione, con stelle la cui frequenza del ciclo di attività aumenta, e altre per cui questa diminuisce, con la rotazione. Il nostro Sole appartiene alla seconda categoria.

«Come spesso capita nella scienza moderna, fenomeni complessi ammettono una pluralità di interpretazioni. Nel caso delle stelle attive, cioè di stelle che presentano variabilità fotometrica e spettroscopica dovuta alla presenza di campi magnetici, la necessità di spiegare le cause della complessa fenomenologia osservativa in maniera consistente e unitaria è tuttavia essenziale per almeno due ragioni», spiega Bonanno. «La prima è quella di comprendere meglio fenomeni potenzialmente distruttivi come tempeste solari e ‘super flare’, particolarmente importanti nel contesto dello space weather. La seconda è la comprensione della dinamo stellare, ovvero il complesso meccanismo che presiede formazione e riorganizzazione di un campo magnetico coerente su larga scala in un fluido stellare o planetario turbolento. Infatti senza la presenza combinata di campi magnetici stellari o planetari la vita non sarebbe possibile nel Sistema solare».

Il lavoro si basa su un nuovo approccio statistico, che non trova precedenti nella letteratura scientifica, sviluppato per l’occasione e qui applicato ai dati della terza release del satellite Gaia, la missione dell’Agenzia Spaziale Europea (Esa) che da oltre otto anni scansiona il cielo per realizzare una mappa tridimensionale sempre più ricca e precisa della nostra galassia, la Via Lattea. Questa combinazione ha permesso la compilazione di un catalogo di 67 stelle – il più grande di questo genere finora realizzato – con la misura dei periodi del ciclo di attività e di rotazione stellari.

«Quanti e quali regimi di dinamo stellare sono presenti in stelle di massa simili al Sole? Cosa genera un tipo di dinamo stellare rispetto a un altro? Abbiamo studiato il legame tra la rotazione e i cicli di attività stellare, poiché questo ci permette di comprendere come i cicli di attività si possono distribuire in funzione della velocità di rotazione della stella», chiarisce Corsaro. «Abbiamo poi analizzato questo legame alla luce di parametri stellari di metallicità, età, luminosità, massa, resi disponibili dai dati della missione Esa Gaia e da spettroscopia ad alta risoluzione, al fine di identificare quale parametro possa realmente influenzare il tipo di dinamo prodotta in stelle simili al Sole».

Il motivo della distinzione tra le due categorie di stelle si trova nella loro composizione chimica. Lo studio dimostra finalmente che le stelle del primo tipo hanno abbondanze di elementi più pesanti dell’elio (che gli astronomi chiamano, in gergo, “metalli”) significativamente inferiori rispetto alle stelle del secondo tipo, come il Sole. Ciò indica che le proprietà della turbolenza magnetoidrodinamica nei plasmi stellari sono essenzialmente determinate dalla composizione chimica microscopica, e non dalla geometria o dall’estensione della zona convettiva, come si pensava in precedenza. Questa nuova prospettiva potrebbe permettere di interpretare, per la prima volta, il magnetismo stellare in maniera unitaria e coerente, anche in vista di future missioni che osserveranno grandi campioni di stelle, come il futuro satellite Plato dell’Esa.

«Abbiamo scoperto che il Sole rientra perfettamente in uno dei regimi identificati sui cicli di attività magnetica – a differenza di quanto proposto da alcuni anni a questa parte, in cui il Sole era visto come una stella in una particolare fase di transizione verso un altro regime», sottolinea Bonanno. «Abbiamo inoltre appreso che la metallicità stellare può essere l’ingrediente responsabile per generare un tipo di dinamo anziché un altro, poiché la metallicità cambia le proprietà microscopiche della zona convettiva della stella, zona all’interno della quale si ritiene che la dinamo stellare venga generata», aggiunge Corsaro.

L’attività magnetica stellare è tra i fenomeni astrofisici più difficili da affrontare e la sua origine non è ancora compresa del tutto. Migliorare la nostra conoscenza del magnetismo stellare è di fondamentale importanza per il suo impatto sull’evoluzione stellare, e di conseguenza sull’evoluzione e l’abitabilità di potenziali pianeti in orbita intorno alle stelle.

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