Generalmente, dalla nascita alla morte, le stelle rallentano la rotazione da 100 a 1000 volte; in altre parole, decelerano. Un recente studio condotto dall’Università di Kyoto sembra avere capito perché.
Illustrazione delle regioni interne di una stella massiccia durante la fase finale di combustione degli strati di ossigeno (verde) e silicio (azzurro), prima del collasso del nucleo di ferro (indaco). L’intensità e la geometria del campo magnetico, combinate con le proprietà della convezione nella regione dell’ossigeno, possono causare un aumento o una diminuzione della velocità di rotazione. Crediti: KyotoU / Lucy McNeill
Il momento angolare del Sole diminuisce man mano che il materiale viene espulso dalla sua superficie sotto forma di vento solare. Osservando questo fenomeno, gli astronomi hanno ipotizzato che l’interazione tra i campi magnetici e il flusso di plasma sia il meccanismo più efficiente per rallentare la rotazione delle stelle.
È grazie all’astrosismologia – che consente di misurare le frequenze di oscillazione naturale di una stella – che è stato possibile misurare i tassi di rotazione interni e i campi magnetici di altre stelle nella nostra galassia. Dalla vasta popolazione di stelle osservate è emerso un quadro di come la rotazione stellare diminuisca con l’età della stella, il che suggerisce che la teoria attuale non sia sufficiente a spiegare la drastica diminuzione della rotazione.
Affascinato dall’astrosismologia e dalle simulazioni 3D della zona convettiva solare realizzate da altri ricercatori, il gruppo di ricerca si è dedicato a studiare come i campi magnetici influenzino la rotazione all’interno delle stelle massicce. «I nostri colleghi coautori in Australia e nel Regno Unito avevano già eseguito simulazioni magnetoidrodinamiche 3D di stelle massicce prima del collasso del nucleo. Sospettavamo che il flusso all’interno della zona convettiva di una stella massiccia potesse evolversi in modo analogo a quello della zona convettiva solare», ricorda il responsabile del team Ryota Shimada.
Grazie a una simulazione 3D di una stella massiccia, hanno potuto studiare direttamente la complessa interazione tra la convezione intensa, la rotazione e i campi magnetici. Hanno confermato che la rotazione interna e il campo magnetico coevolvono in modo simile a quanto avviene nella dinamo solare, il processo energetico che sostiene il campo magnetico del Sole. Con queste equazioni a disposizione, il team è riuscito a prevedere matematicamente l’evoluzione nel tempo della rotazione interna della stella.
La simulazione rivela che la velocità e la direzione dei moti convettivi sono stati influenzati dalla rotazione e dai campi magnetici su scale temporali brevi, il che a sua volta modifica la rotazione, causandone un rallentamento o – in alcuni casi – un’accelerazione. Il team è riuscito a formulare l’interazione tra convezione, rotazione e campi magnetici come modello del trasporto radiale del momento angolare verso l’esterno e verso l’interno, dimostrando che tale trasporto nelle fasi di combustione più avanzate è direttamente legato alla geometria del campo magnetico.
«Siamo stati sorpresi nello scoprire che alcune configurazioni dei campi magnetici accelerano effettivamente la rotazione del nucleo, il che suggerisce che la velocità di rotazione finale sarà unica per le proprietà di ciascuna stella», conclude Lucy McNeill, coautrice dello studio. «Una rotazione lenta potrebbe addirittura essere impossibile in alcune classi di stelle massicce».
La scoperta del trasporto magnetico del momento angolare durante le fasi di combustione avanzata suggerisce che la teoria sviluppata per descrivere la rotazione nelle stelle di tipo solare potrebbe essere universale. Il team prevede ore di creare simulazioni dell’evoluzione stellare che descrivano l’intera vita di stelle di varia massa, per prevederne i tassi di rotazione nei vari stadi evolutivi.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Angular Momentum Transport in the Convection Zone of a 3D MHD Simulation of a Rapidly Rotating Core-collapse Progenitor” di Ryota Shimada, Lucy O. McNeill, Vishnu Varma, Keiichi Maeda, Takaaki Yokoyama e Bernhard Müller