Una nuova ricerca rivela che le stelle nane bianche smettono di raffreddarsi a causa di cristalli fluttuanti nel loro interno, offrendo nuove intuizioni sui processi di invecchiamento stellare. In un articolo pubblicato il 6 marzo su Nature, studiosi dell’Istituto di Studi Avanzati, dell’Università di Victoria in Canada e dell’Università di Warwick nel Regno Unito, hanno proposto una nuova teoria che spiega perché una popolazione enigmatica di stelle nane bianche ha smesso di raffreddarsi per dieci miliardi di anni.
Aprire un qualsiasi manuale di astronomia alla sezione sulle stelle nane bianche e si apprenderà probabilmente che sono “stelle morte” che si raffreddano continuamente nel tempo. Il raffreddamento avviene perché le nane bianche hanno esaurito la loro fonte di calore nucleare. Nell’immagine classica, ciò causa il congelamento del plasma denso all’interno di una nana bianca, portando la stella a solidificarsi dall’interno verso l’esterno.
Tuttavia, un’analisi dei dati del satellite Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea, pubblicata nel 2019 da Sihao Cheng, membro dell’Istituto di Scienze Naturali, ha contraddetto questa visione standard. Ha mostrato che alcune nane bianche in realtà rimangono calde per molti miliardi di anni (una grande parte dell’età dell’Universo). Questo risultato aveva confuso i teorici, ma il nuovo articolo di oggi potrebbe fornire una spiegazione convincente.
“Perché queste nane bianche smettano di raffreddarsi, devono in qualche modo produrre energia aggiuntiva”, afferma Cheng, che ha anche contribuito all’articolo su Nature. “Anche se inizialmente eravamo incerti su quale potesse essere questo processo, ora abbiamo una comprensione più chiara di come avviene.”
Questa comprensione è stata sviluppata attraverso una collaborazione tra Cheng, Antoine Bédard dell’Università di Warwick e Simon Blouin dell’Università di Victoria.
Propongono che in alcune nane bianche, il plasma denso all’interno non si congela semplicemente dall’interno verso l’esterno. Invece, i cristalli solidi che si formano durante il congelamento sono meno densi del liquido e quindi iniziano a galleggiare verso la superficie. Mentre i cristalli galleggiano verso l’alto, spostano il liquido più pesante verso il basso. Il trasporto di materiale più denso verso il centro della stella rilascia energia gravitazionale, e questa energia è sufficiente a interrompere il processo di raffreddamento della stella per miliardi di anni.
“Un aspetto affascinante di questa scoperta è che la fisica coinvolta è simile a qualcosa che osserviamo nella vita quotidiana: i cristalli congelati all’interno della stella nana bianca galleggiano invece di affondare. Potremmo paragonare il loro comportamento a cubetti di ghiaccio che galleggiano nell’acqua”, dice Cheng.
Il motivo per cui ciò accade in alcune nane bianche e non in altre è incerto, ma gli autori ritengono che sia probabilmente dovuto alla composizione della stella.
“Alcune stelle nane bianche sono formate dalla fusione di due stelle diverse. Quando queste stelle si scontrano per formare la nana bianca, cambia la composizione della stella in un modo che può consentire la formazione di cristalli galleggianti”, afferma Blouin.
Le implicazioni della scoperta sono significative. Le nane bianche sono comunemente utilizzate come indicatori dell’età: si presume che più una nana bianca è fredda, più è vecchia. Tuttavia, a causa del ritardo aggiuntivo nel raffreddamento riscontrato in alcune nane bianche, alcune stelle di una data temperatura potrebbero essere miliardi di anni più vecchie di quanto si pensasse in precedenza. Una migliore comprensione dell’età e di altri aspetti delle stelle nane bianche aiuterà gli scienziati a ricostruire la formazione della nostra galassia.
“Il nostro lavoro richiederà aggiornamenti ai manuali di astronomia”, aggiunge Cheng. “Speriamo che incoraggerà anche gli astronomi a riesaminare i metodi impiegati per calcolare l’età delle popolazioni stellari.”
La ricerca è supportata dal Consiglio Nazionale delle Scienze e dell’Ingegneria del Canada (NSERC), dal programma di borse di studio post-dottorato Banting, dal Consiglio Europeo della Ricerca, dall’Istituto Canadese di Astrofisica Teorica (CITA) e dal Fondo per le Scienze Naturali dell’Istituto di Studi Avanzati.
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