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Il nostro Sole in circa 10 miliardi di anni, probabilmente diventerà una nana bianca, una stella rattrappita, estremamente densa il cui nucleo nucleare si è bruciato e si è liberato dei suoi strati esterni.

Il nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature sostiene di aver rilevato per la prima volta che le stelle nane bianche formano solidi nuclei di cristallo metallici contenenti ossigeno e carbonio. Le più vecchie nane bianche probabilmente sono quasi completamente composte di cristalli.

Il processo di cristallizzazione (simile all’acqua che si trasforma in ghiaccio), si verifica a temperature molto più elevate – circa 10 milioni di gradi centigradi -, rallenta il raffreddamento di queste stelle, rendendole potenzialmente miliardi di anni più vecchie di quanto si pensasse inizialmente. Gli scienziati utilizzano le nane bianche come marcatore di tempo per avere una migliore idea dell’età delle stelle e dei pianeti circostanti.

Gli astronomi dell’Università di Warwick nel Regno Unito hanno utilizzato le osservazioni del satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea per esaminare le luminosità e i colori di circa 15.000 candidate nane bianche a circa 300 anni luce dalla Terra.

Hanno individuato un gran numero di stelle che avevano colori e luminosità che sembravano corrispondere alla fase dello sviluppo di una stella quando rilascia enormi quantità di calore latente, il che si traduce in un rallentamento del processo di raffreddamento. Hanno evidenziato:

«Queste stelle potrebbero aver rallentato il loro invecchiamento di ben 2 miliardi di anni. Ciò significa che nel cielo miliardi di nane bianche nella nostra galassia hanno già completato il processo e sono essenzialmente diventate sfere di cristallo».

Missione del Satellite Gaia

L’obiettivo principale della missione del satellite Gaia è l’effettuazione di misure astrometriche di altissima precisione. Il satellite determinerà la posizione esatta di ogni stella in tempi diversi durante la durata operativa prevista (cinque anni con una possibile estensione di un ulteriore anno).

Il processo di solidificazione, o cristallizzazione del materiale all’interno delle nane bianche fu predetta 50 anni fa, ma solo con l’arrivo del satellite Gaia gli astronomi sono stati in grado di osservare questi oggetti con una precisione tale da vedere il fenomeno collegato a questo processo.

Le nane bianche sono i resti di stelle di medie dimensioni simili al nostro Sole, una volta che queste stelle hanno bruciato tutto il combustibile nucleare nel loro nucleo, si liberano dei loro strati esterni, lasciandosi dietro un nucleo caldo che inizia a raffreddarsi.

I resti ultra-densi mentre si raffreddano continuano a emettere radiazioni termiche, visibili agli astronomi come oggetti piuttosto deboli. Si stima che fino al 97% delle stelle nella Via Lattea si trasformeranno in nane bianche, mentre le stelle più massicce finiranno per diventare stelle di neutroni o buchi neri.

Il raffreddamento delle nane bianche dura miliardi di anni, quando raggiungono una certa temperatura, la materia originariamente calda all’interno del nucleo della stella inizia a cristallizzarsi, diventando solida. Il processo è simile all’acqua liquida che sulla Terra si trasforma in ghiaccio a 0° C, con la differenza che la temperatura al quale questa solidificazione avviene nelle nane bianche è molto alta, circa 10.000.000 °C.

Il calore rilasciato durante questo processo di cristallizzazione, che dura diversi miliardi di anni, sembra rallentare l’evoluzione delle nane bianche: le stelle morte cessano di oscurarsi e, di conseguenza, appaiono fino a due miliardi di anni più giovani di quanto non siano in realtà. Ciò, a sua volta, ha un impatto sulla nostra comprensione dei raggruppamenti stellari di cui queste nane bianche fanno parte.

Le nane bianche non tutte si cristallizzano allo stesso ritmo, le stelle più massicce si raffreddano rapidamente, raggiungeranno la temperatura alla quale avviene la cristallizzazione in circa un miliardo di anni. Le nane bianche con masse più basse, più vicine allo stadio finale previsto del Sole, si raffreddano lentamente, richiedendo fino a sei miliardi di anni per trasformarsi in solide sfere morte.

Il Sole ha ancora circa cinque miliardi di anni prima che diventi una nana bianca, gli astronomi stimano che ci vorranno altri cinque miliardi di anni per raffreddarsi in una sfera di cristallo.

Timo Prusti, scienziato del progetto Gaia presso l’ESA, in conclusione ha detto:

«Il risultato evidenzia la versatilità del satellite Gaia e le sue numerose applicazioni. E’ eccitante come la scansione delle stelle attraverso il cielo e la misurazione delle loro proprietà possa portare a prove di fenomeni plasmatici così densi che non possono essere testati in laboratorio».