Un team internazionale di ricerca, guidato da un ricercatore dell’Università di Vienna, ha rilevato per la prima volta i venti stellari di tre stelle simili al Sole attraverso l’emissione di raggi X dalle loro astrosfere, ponendo così dei vincoli sulla perdita di massa delle stelle a causa dei loro venti stellari. Lo studio è stato pubblicato su Nature Astronomy.
Le astrosfere, analoghi stellari dell’eliosfera che circonda il nostro sistema solare, sono bolle di plasma estremamente calde soffiate dai venti stellari nel mezzo interstellare, uno spazio riempito di gas e polvere. Lo studio dei venti stellari di stelle a bassa massa simili al Sole ci permette di comprendere l’evoluzione stellare e planetaria, e in ultima analisi la storia e il futuro della nostra stella e del nostro sistema solare. I venti stellari guidano molti processi che evaporano le atmosfere planetarie nello spazio e quindi portano alla perdita di massa atmosferica.
Sebbene i tassi di fuga dei pianeti su un’ora o anche un anno siano minuti, operano su lunghi periodi geologici. Le perdite si accumulano e possono essere un fattore decisivo per l’evoluzione di un pianeta in un mondo abitabile o in una roccia senza aria. Nonostante la loro importanza per l’evoluzione sia delle stelle che dei pianeti, i venti di stelle simili al Sole sono notoriamente difficili da vincolare. Composti principalmente da protoni ed elettroni, contengono anche una piccola quantità di ioni altamente carichi più pesanti (ad esempio ossigeno, carbonio). Sono questi ioni che, catturando elettroni dai neutri del mezzo interstellare intorno alla stella, emettono raggi X.
Rilevata l’emissione di raggi X dalle astrosfere
Il team di ricerca internazionale guidato da Kristina Kislyakova, Senior Scientist presso il Dipartimento di Astrofisica dell’Università di Vienna, ha rilevato per la prima volta l’emissione di raggi X dalle astrosfere intorno a tre stelle simili al Sole, dette stelle di sequenza principale che sono stelle nel pieno della loro vita, e ha così registrato direttamente tali venti per la prima volta, permettendo loro di porre vincoli sulla perdita di massa delle stelle attraverso i loro venti stellari.
I risultati, basati su osservazioni con il telescopio spaziale XMM-Newton, sono attualmente pubblicati su Nature Astronomy. I ricercatori hanno osservato le impronte spettrali (cosiddette linee spettrali) degli ioni di ossigeno con XMM-Newton e sono stati in grado di determinare la quantità di ossigeno e in definitiva la massa totale di vento stellare emesso dalle stelle. Per le tre stelle con astrosfere rilevate, denominate 70 Ophiuchi, epsilon Eridani e 61 Cygni, i ricercatori hanno stimato i loro tassi di perdita di massa rispettivamente a 66,5±11,1, 15,6±4,4 e 9,6±4,1 volte il tasso di perdita di massa solare. Ciò significa che i venti di queste stelle sono molto più forti del vento solare, il che potrebbe essere spiegato da una maggiore attività magnetica di queste stelle.
“Nel sistema solare, l’emissione di scambio di carica del vento solare è stata osservata da pianeti, comete e dall’eliosfera e fornisce un laboratorio naturale per studiare la composizione del vento solare”, spiega l’autore principale dello studio, Kristina Kislyakova. “Osservare questa emissione da stelle lontane è molto più complicato a causa della debolezza del segnale. Inoltre, la distanza dalle stelle rende molto difficile distinguere il segnale emesso dall’astrosfera dall’effettiva emissione di raggi X della stella stessa, parte del quale è ‘diffuso’ sul campo visivo del telescopio a causa di effetti strumentali.
“Abbiamo sviluppato un nuovo algoritmo per distinguere i contributi stellari e astrosferici all’emissione e rilevato segnali di scambio di carica originati da ioni di ossigeno del vento stellare e dal mezzo interstellare neutro circostante di tre stelle di sequenza principale. Questa è stata la prima volta che l’emissione di scambio di carica di raggi X dalle astrosfere di tali stelle è stata rilevata. I nostri tassi di perdita di massa stimati possono essere utilizzati come punto di riferimento per i modelli di vento stellare e ampliare le nostre limitate prove osservative per i venti di stelle simili al Sole.”
Prospettive future e progressi tecnologici
Il co-autore Manuel Güdel, anch’egli dell’Università di Vienna, aggiunge: “Ci sono stati sforzi in tutto il mondo per oltre tre decenni per dimostrare la presenza di venti intorno a stelle simili al Sole e misurarne la forza, ma finora solo prove indirette basate sui loro effetti secondari sulla stella o sul suo ambiente hanno accennato all’esistenza di tali venti; il nostro gruppo ha precedentemente cercato di rilevare l’emissione radio dai venti ma ha potuto solo porre limiti superiori alle forze del vento senza rilevare i venti stessi. I nostri nuovi risultati basati sui raggi X aprono la strada alla ricerca e persino all’imaging diretto di questi venti e allo studio delle loro interazioni con i pianeti circostanti.”
“In futuro, questo metodo di rilevamento diretto dei venti stellari nei raggi X sarà facilitato grazie a futuri strumenti ad alta risoluzione, come lo spettrometro X-IFU della missione europea Athena. L’alta risoluzione spettrale di X-IFU risolverà la struttura più fine e il rapporto di emissione delle linee di ossigeno (così come altre linee più deboli), che sono difficili da distinguere con la risoluzione CCD di XMM, e fornirà ulteriori vincoli sul meccanismo di emissione; emissione termica dalle stelle, o scambio di carica non termico dalle astrosfere.” – spiega la ricercatrice del CNRS Dimitra Koutroumpa, co-autrice dello studio.