Per conoscere il destino di una stella non servono indovini, rituali o strane carte: basta pesarla. Quanto a lungo vivrà, come cambieranno la sua luminosità e le sue dimensioni, come andrà incontro alla fine della sua vita, sono tutti passaggi già scritti nella sua massa. Un legame, quello fra massa e longevità, che strizza l’occhio ai dietologi e nutrizionisti preoccupati dell’aumento del tasso di obesità (in Italia, ma non solo) negli ultimi vent’anni. Ma con una differenza. Misurarla, nel caso delle stelle, potrebbe non essere banale, specialmente se si ha a che fare con le più giovani. Queste sono infatti avvolte nella polvere, ancora immerse nel loro ambiente di formazione assieme a molte altre compagne. È il caso della famiglia di stelle che abita la nube molecolare di Orione, una vasta regione di formazione stellare a circa 1300-1350 anni luce dalla Terra. Sono riusciti a farlo, con una precisione senza precedenti, gli autori di un nuovo studio, pubblicato la scorsa settimana su Astronomy and Astrophysics, usando la tecnica dell’interferometria radio, che consente di vedere attraverso la polvere molto di più rispetto a quanto si riesca a fare con la spettroscopia ottica.
Rappresentazione artistica di due giovani stelle che orbitano l’una attorno all’altra all’interno del polveroso complesso di formazione stellare di Orione. Poiché le nubi di gas e polvere nascondono questi sistemi alle lunghezze d’onda visibili e infrarosse, gli astronomi hanno utilizzato il Very Long Baseline Array della Nsf per osservarli nella banda radio e misurarne direttamente il moto orbitale e le masse. Crediti: Nsf/Aui/Nsf Nrao/M.Weiss
Massa e longevità, dicevamo. Anche per le stelle, prendere le misure fin da quando sono bambine è importante, perché le stime possono essere confrontate con le previsioni dei modelli che descrivono l’evoluzione stellare prima della sequenza principale – la fase più lunga della vita di una stella, in cui l’equilibrio termodinamico viene mantenuto dalle reazioni di fusione nucleare dell’idrogeno nel nucleo. In generale, le stelle leggere, simili al Sole, bruciano in modo stabile per circa dieci miliardi di anni, mentre quelle massicce brillano intensamente per un breve periodo prima di esplodere come supernove nel giro di pochi milioni di anni. La massa determina anche quali elementi pesanti esse sintetizzano, come carbonio, ossigeno e ferro, che costituiscono i mattoni fondamentali dei pianeti e della vita. Infine, influisce sui tipi di pianeti che possono formarsi attorno a esse.
Utilizzando il Very Long Baseline Array (Vlba), una rete di radiotelescopi distribuiti negli Stati Uniti che operano insieme come un unico gigantesco strumento, gli autori del nuovo studio hanno monitorato i moti orbitali di un campione di sistemi stellari binari giovani in Orione. Le stelle binarie sono coppie che orbitano attorno a un comune centro di massa, e sono molto comuni. Osservando queste “danze” con straordinaria precisione alle lunghezze d’onda radio, i ricercatori sono riusciti a calcolare le masse reali – cosiddette dinamiche – delle stelle senza fare affidamento su modelli teorici.
Le giovani stelle in Orione sono avvolte da dense nubi di gas e polvere, che impediscono alla luce visibile e persino infrarossa di raggiungere la maggior parte dei telescopi. Il Vlba supera questo limite osservando alle frequenze radio a 5 GHz, per le quali la polvere è trasparente. Utilizzando i telescopi della rete come fossero un unico, gigante, occhio radio – mediante la tecnica dell’interferometria – si può raggiungere una risoluzione che permette di distinguere le singole stelle in sistemi binari stretti, che apparirebbero indistinguibili ad altre lunghezze d’onda.
La misura della massa si basa proprio sull’osservazione, nel tempo, del moto di queste stelle binarie attorno al loro centro di massa, con una precisione elevatissima. Il Vlba è in grado di rilevare movimenti nel cielo più piccoli della larghezza di un capello umano osservato da migliaia di chilometri di distanza. In pratica, ciò significa misurare minuscoli spostamenti nella posizione apparente di una stella nel cielo nel corso di mesi e anni, utilizzando osservazioni ripetute per tracciarne la traiettoria. Ciascun radiotelescopio dell’array registra le onde radio in arrivo con una temporizzazione estremamente precisa. Combinando i segnali provenienti da antenne distribuite su tutto il territorio, dalle Hawaii alle Isole Vergini, gli astronomi possono determinare la posizione di una stella con una precisione dell’ordine del milliarcosecondo, molto superiore a quella ottenibile con un singolo radiotelescopio. Confrontando come tale posizione varia da un’epoca osservativa all’altra, è possibile ricostruire il moto orbitale indotto dalla gravità di una stella compagna e utilizzare questo moto per stimare la massa di ciascuna stella nel sistema.
Veniamo dunque ai risultati. Nei sistemi in cui le masse misurate potevano essere confrontate con i modelli standard di evoluzione stellare, i risultati sono stati contrastanti: alcuni sono stati riprodotti con buona accuratezza, mentre almeno uno ha mostrato una discrepanza evidente, suggerendo che i modelli potrebbero necessitare di ulteriori perfezionamenti. Le osservazioni hanno inoltre portato alla luce compagni stretti precedentemente nascosti e trovato una forte attività magnetica anche in stelle giovani relativamente massicce. Ma l’interesse per le giovani stelle di Orione non si limita all’evoluzione stellare: esse rappresentano infatti possibili luoghi di formazione di futuri sistemi planetari, anche analoghi al Sistema solare.
«Queste misure di massa così accurate trasformano Orione in un laboratorio di precisione per verificare come le stelle giovani si formano ed evolvono», dice Jazmín Ordóñez-Toro, ricercatrice post-dottorato all’Osservatorio astronomico dell’Università di Nariño, in Colombia, e coautrice dello studio. «Queste misure ampliano enormemente la nostra comprensione di come si formano ambienti stellari come quello in cui si trova il Sistema solare».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy and Astrophysics l’articolo “Dynamical masses of young stellar objects with the VLBA: DYNAMO-VLBA. Radio binary stars in Orion“, di Sergio A. Dzib, Jazmín Ordóñez-Toro, Laurent Loinard, Marina Kounkel, Gisela N. Ortiz-León, Phillip A. B. Galli, Luis F. Rodríguez, Amy J. Mioduszewski, Josep M. Masqué, Eoin O’Kelly, Jan Forbrich e Karla Moo-Herrera
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