Le stelle “false magre” smascherate con la “bilancia cosmica”

All’interno di sistemi stellari antichissimi, popolati da stelle di massa inferiore a quella del nostro Sole, si nascondono oggetti più pesanti, generati da collisioni e fenomeni di vampirismo stellare. Un team di ricerca dell’Alma Mater, in collaborazione con l’Osservatorio Astronomico di Bologna dell’INAF, ha ideato un nuovo strumento in grado di identificarli.

Una “bilancia cosmica” per smascherare le stelle “false magre” che si nascondono all’interno degli ammassi globulari galattici. È il nuovo strumento ideato da un team di ricercatori dell’Università di Bologna, guidato da Francesco Ferraro, docente al Dipartimento di Fisica e Astronomia, in collaborazione con l’Osservatorio Astronomico di Bologna dell’INAF. Realizzato nell’ambito del progetto Cosmic-Lab,finanziato con quasi 2 milioni di euro dall’Unione Europea, questo nuovo metodo di misurazione permette di calcolare con precisione la massa delle stelle: parametro fondamentale per determinare l’evoluzione di un astro e capire quale sarà il suo destino finale. E c’è già un primo notevole risultato: grazie alla “bilancia cosmica”, i ricercatori bolognesi sono finalmente riusciti a “smascherare” una Blue Straggler Star evoluta, particolare tipologia di stella di cui sappiamo ancora molto poco.

Le Blue Straggler Star (“Vagabonde blu”) sono stelle massicce (tra 1,2 e 1,6 masse solari) che si trovano ancora all’inizio della loro vita. La loro particolarità sta nel fatto che sono osservate all’interno di ammassi globulari, agglomerati di migliaia o anche milioni di stelle nati circa 13 miliardi di anni fa, dunque agli albori dell’Universo (la cui età stimata è approssimativamente di 13,6 miliardi di anni). Secondo i modelli di evoluzione stellare, tutte le stelle più pesanti di 0,8-0,9 masse solari hanno completato il loro ciclo vitale negli ammassi globulari, finendo come nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri. Le Blue Straggler Star, però, fanno eccezione. Secondo gli astronomi, questi oggetti così anomali (che non dovrebbero esistere, oggi, negli ammassi globulari) si sarebbero generati attraverso processi fisici capaci di aumentarne la massa, come collisioni dirette o fenomeni di vampirismo (trasferimento di materia da una compagna). Ma la loro origine e i loro processi evolutivi rimangono ancora un mistero, soprattutto perché non si ha praticamente nessuna informazione riguardo alle loro proprietà durante fasi evolutive avanzate.

Le BSS, infatti, sono generalmente osservate durante la loro fase di sequenza principale, quando producono la loro luminosità con una reazione termonucleare che converte idrogeno in elio nel nucleo, e sono facilmente distinguibili (in termini di luminosità e colore) dalle altre stelle “normali”. Al contrario, in fasi evolutive avanzate (quando la luminosità dell’astro è prodotta da reazioni termonucleari più complesse) le BSS diventano completamente indistinguibili dalle altre stelle dell’ammasso. Per questo, fino ad oggi, era stata identificata (grazie a studi di variabilità) soltanto una BSS in una fase avanzata di evoluzione. Grazie alla “bilancia cosmica” del team Unibo, ora abbiamo un nuovo caso di Blue Straggler evoluta, con una massa pari a 1,4 volte quella del Sole, individuata nell’ammasso globulare 47 Tucanae.

“L’abbondanza di un dato elemento chimico misurata dalle righe di assorbimento degli atomi ionizzati – spiega il prof. Francesco Ferraro – è fortemente legata alla massa stellare, mentre tale dipendenza è trascurabile quando si usano le righe spettrali dello stesso elemento allo stato neutro. Poiché le abbondanze di tale elemento ottenute dalle due misurazioni devono concordare tra loro, la differenza tra i due valori può essere utilizzata per ricavare la massa della stella. La differenza tra le due abbondanze chimiche può essere quindi considerata come l’indice di una bilancia a due piatti: quando si sceglie il valore di massa corretto, l’indice punta sullo zero”.

“L’approccio  elaborato è molto potente in quanto permette di stimare in modo accurato differenze di massa tra stelle, indipendentemente dal fatto che esse siano ‘normali’ o ‘anomale’ – prosegue Davide Massari dell’Osservatorio Astronomico di Bologna dell’INAF – minimizzando così possibili incertezze ed errori dovuti all’applicazione di metodi differenti”.

“La scoperta – continua Ferraro – non solo coincide con una nuova identificazione di BSS evoluta (nella cosiddetta fase di ramo orizzontale, quando la stella produce luminosità convertendo elio in carbonio nel suo nucleo), ma apre anche una nuova frontiera per lo studio di questi oggetti, proponendo un metodo spettroscopico capace di riconoscere stelle più massicce in un mare di astri con luminosità e colori del tutto equivalenti”.

“La larga applicabilità del metodo ad altri ammassi stellari promette di ottenere rapidamente grandi campioni di BSS evolute, permettendo finalmente uno studio sistematico di questi astri anche in fasi evolutive avanzate (finora completamente inesplorate)”, conclude Emilio Lapenna, ricercatore Unibo co-autore della ricerca. “Questo permetterà di fornire nuovi stringenti vincoli ai modelli teorici che cercano di spiegarne l’origine e i processi evolutivi”.

“Weighing stars: the identification of an Evolved Blue Straggler Star in the globular cluster 47 Tucanae” di F.R. Ferraro, E. Lapenna, A. Mucciarelli, B. Lanzoni, E. Dalessandro, C. Pallanca, D. Massari, pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal