Sebbene le nane bianche della nostra galassia siano troppo deboli o lontane per essere visibili a occhio nudo, gli astronomi ne conoscono l’esistenza da oltre un secolo. Nonostante la loro reputazione di stelle “morte”, possono ancora catturare materiale proveniente da comete, asteroidi e persino da pianeti che si avvicinano troppo, disgregandolo in mattoni elementari. Osservando questi elementi, i ricercatori ricavano informazioni preziose sulla composizione e sulla storia del sistema planetario, altrimenti inaccessibili.
Un nuovo studio dell’University of Michigan (U-M) e dell’University of Colorado Boulder (CU Boulder) ha dimostrato che le nane bianche potrebbero raccogliere e inglobare questo materiale – definito inquinamento delle nane bianche – a un ritmo molto più elevato del previsto. Lo studio, guidato da Aster Taylor della U-M e Dang Pham della CU Boulder, sarà pubblicato su The Astrophysical Journal ed è attualmente disponibile come preprint su arXiv.
Immagine artistica di una nana bianca circondata da materiale planetario che “inquinerà” l’atmosfera della stella morta. Una nuova ricerca condotta dall’Università del Michigan e dall’Università del Colorado a Boulder suggerisce che le nane bianche potrebbero assorbire l’inquinamento più rapidamente di quanto previsto in precedenza. Crediti: Nasa, Esa e G. Bacon (Stsci)
Vediamo come gli autori sono arrivati a questa conclusione, partendo dall’inizio.
Le stelle “muoiono” quando esauriscono il loro combustibile nucleare, ma l’aspetto della fase finale della loro vita dipende dalla loro massa. Le stelle più massicce esplodono come supernove, mentre quelle più piccole – come il Sole e circa il 97 per cento delle stelle della Via Lattea – disperdono i loro strati esterni senza “fuochi d’artificio”. Ciò che rimane, i nuclei residui, sono le nane bianche, la cui massa è paragonabile a quella del Sole.
Ma quando le reazioni nucleari cessano, cessano anche le forze che si oppongono alla gravità e, di conseguenza, la stella collassa, comprimendo tutta la sua massa in un volume grande all’incirca quanto quello della Terra.
Senza la fusione nucleare, le nane bianche non bruciano più, ma restano ancora abbastanza calde da brillare. Gli astronomi possono individuarle e caratterizzarle con telescopi e spettrometri, strumenti che hanno anche permesso di rilevare l’inquinamento delle nane bianche, sorprendentemente comune.
Poiché le nane bianche sono così dense e gli elementi inquinanti così pesanti, ci si potrebbe ragionevolmente aspettare che il materiale inquinante “sprofondi” nelle stelle e scompaia prima che sia possibile misurarlo. Eppure gli astronomi hanno rilevato inquinamento in circa il 50 per cento delle nane bianche note.
Questo significa che devono raccogliere una quantità apprezzabile di materiale a un ritmo significativo: il materiale in ingresso deve almeno rimpiazzare quello che sprofonda oltre la superficie. E il nuovo modello proposto dagli autori suggerisce che il ritmo potrebbe essere ancora più elevato del previsto.
In particolare, lavorando con Tim Cunningham del Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, i ricercatori hanno esaminato l’effetto dei campi magnetici di una nana bianca sull’inquinamento, scoprendo che tali campi concentrano l’inquinamento in piccole macchie attorno ai poli magnetici della stella.
«È in realtà un processo molto simile alle aurore sulla Terra. Il Sole invia particelle cariche verso la Terra; queste seguono le linee del campo magnetico terrestre e poi formano una macchia nell’atmosfera terrestre, l’aurora», spiega Pham. «Con la nana bianca, invece, il materiale proviene dal sistema planetario anziché dal Sole. In pratica, stiamo calcolando le dimensioni delle aurore sulle nane bianche, il che, secondo me, è davvero affascinante».
Se il materiale fosse concentrato in un paio di piccole macchie, significherebbe che in quei punti ne affluirebbe molto di più rispetto al caso in cui le macchie fossero distribuite sull’intera superficie della nana bianca. Secondo gli autori, tuttavia, individuare tali macchie con le tecniche osservative attuali è incredibilmente difficile, e quindi la teoria risulta difficile da confermare. Nonostante ciò, esistono due nane bianche note che sembrano supportarla.
Lo studio solleva anche un’altra questione, relativa a quanta materia planetaria debba essere presente attorno alle nane bianche per sostenere il ritmo calcolato dal gruppo. Servirebbe circa 100 volte più materiale di quanto previsto finora. Sebbene ci sia sicuramente un margine di incertezza in quella stima, un fattore 100 è comunque molto alto.
«Come minimo, penso che questo ci dica che dobbiamo aggiornare le nostre calibrazioni su quanti oggetti ci aspettiamo che ci siano là fuori e su come ci aspettiamo che sia la dinamica», conclude Taylor. «Quello che abbiamo fatto permette, in qualche modo, di intravedere possibili soluzioni, ma per ora non c’è nulla di definitivo. Penso che sia, a tutti gli effetti, un problema aperto che abbiamo introdotto».
Per saperne di più:
- Leggi su arXiv il preprint dell’articolo “The Effects of Magnetic Accretion on the Spatial Extent of White Dwarf Pollution” di Dang Pham, Aster G. Taylor e Tim Cunningham