All’esaurimento del combustibile nucleare, le stelle sino a circa 8 masse solari evolvono in nane bianche dopo essere passate per la fase di nebulosa planetaria. Tali oggetti, di dimensioni comparabili alla Terra, sono i caldissimi resti inerti del nucleo stellare, destinati a raffreddarsi molto lentamente e diventare più deboli nel tempo. Nel 2019, però, gli astronomi hanno scoperto un tipo di nane bianche che contraddice la previsione del graduale raffreddamento.
Queste stelle sembrano aver trovato una sorta di “elisir di lunga vita” che le porta a mantenere una temperatura superficiale quasi costante per almeno 8 miliardi di anni, un arco temporale significativo rispetto l’età dell’Universo, pari a 13,8 miliardi di anni. Nonostante l’assenza di combustibile nucleare, quelle nane bianche (WD) hanno sorpreso gli scienziati poiché non è noto quale processo le alimenti.
Nane bianche che non si raffreddano
Una ricerca a firma di Antoine Bédard, Simon Blouin e Sihao Cheng [Nature 627, 286–288 (2024)], presenta adesso la soluzione all’enigma, rivelando come alcune WD sostanzialmente smettono di raffreddarsi, sfidando il processo di raffreddamento previsto.
La soluzione è stata trovata anche grazie alle precisissime misure fotometriche del satellite Gaia dell’Esa. Analizzando i dati, i ricercatori hanno, infatti, notato un accumulo di WD a temperature intermedie, indicando che alcune di esse trascorrono a quelle temperature molto più tempo di quanto si credesse in precedenza. Questa scoperta porta a considerare come possibili responsabili i processi interni ai resti stellari.
[Cortesia Nature volume 627 (2024)]
Oggetti bizzarri
Le nane bianche sono oggetti astrofisici che sfuggono alla nostra ordinaria esperienza e appaiono bizzarri. La più nota di tali stranezze riguarda la loro estrema densità, tanto che un centimetro cubico della loro materia arriva a pesare tonnellate. Sono pure oggetti caldissimi e, nonostante le temperature interne di milioni di gradi, l’elevata densità porta le WD a solidificare in un modo contro intuitivo.
Questi oggetti iniziano a solidificare dalle zone centrali dove la densità e la pressione e massima, formando cristalli di carbonio, ossigeno e altri elementi. Le WD sono composte inizialmente da una particolare materia detta “degenere” e cristallizzano progressivamente verso l’esterno man mano che l’oggetto si raffredda, fino alla completa formazione di un immenso cristallo.
Cristalli fluttuanti
Tuttavia, non tutte le WD seguono questo processo di cristallizzazione al rovescio. Alcune nane bianche espellono gli elementi più pesanti dai cristalli in formazione, facendoli fluttuare all’interno del fluido degenere come cubetti di ghiaccio nell’acqua. Questo movimento di cristalli fluttuanti rimesta la composizione chimica all’interno, trasportando gradualmente gli elementi pesanti verso il centro. Questo comporta un rilascio continuo di energia gravitazionale e calore, mantenendo la luminosità della stella a una temperatura quasi costante per miliardi di anni. Il fenomeno dei cristalli fluttuanti mette così in pausa il processo d’invecchiamento stellare, offrendo un’ultima fonte di energia a oggetti altrimenti inerti.
La pausa nel raffreddamento delle WD è stata osservata con certezza solo in una piccola frazione di WD. Gli specialisti ritengono che queste particolari WD abbiano masse elevate, composizioni atipiche e storie turbolente tra cui le fusioni stellari. Tuttavia, i ricercatori sospettano che la pausa di raffreddamento osservata in queste nane bianche da fusione possa rappresentare solo una frazione di un processo più diffuso.
Un fenomeno ordinario?
Sulla base delle conoscenze attuali, è possibile che quasi tutte le nane bianche, non solo quelle formatesi da fusioni stellari, subiscano una qualche pausa di raffreddamento durante la loro evoluzione. Questa pausa di raffreddamento più ordinaria dovrebbe però essere molto più breve dell’interruzione osservata nei casi studiati. Le osservazioni in una più ampia popolazione offriranno indicazioni in merito alla sussistenza del fenomeno. Ne consegue che andranno eventualmente riviste alcune cose in tema di evoluzione stellare e archeologia galattica, cioè quella branca dell’astrofisica che si propone di studiare l’evoluzione dinamica e chimica delle popolazioni stellari e la formazione galattica.
Datazione più complicata
In questo campo, l’età di una WD è generalmente dedotta dalla sua temperatura, con quelle più fredde ritenute più antiche. Analogamente alla datazione con Carbonio-14 usata dagli archeologi, gli astronomi utilizzano il processo di raffreddamento delle WD per misurare l’età delle stelle e svelare la storia della Via Lattea.
Una lunga pausa di raffreddamento causata dai cristalli fluttuanti complica di conseguenza la fiducia nel metodo di stima dell’età. Una nana bianca con una certa temperatura specifica potrebbe in realtà essere miliardi di anni più vecchia di quanto stimato. L’obiettivo adesso è distinguere quali stelle subiscono una pausa di raffreddamento al fine di affinare la comprensione delle età stellari e dei processi evolutivi.
