Gli ammassi globulari sono gli ospizi delle stelle. Sono fra le entità più vecchie dell’Universo e spesso contengono oggetti che potrebbero raccontare storie antichissime, come quelle che i nonni spesso tramandano ai nipoti.
All’interno degli ammassi globulari risiedono moltissime nane bianche. Queste sono stelle che si raffreddano lentamente e che hanno gettato via i loro strati esterni durante le ultime fasi della vita. Sono abbastanza comuni nel cosmo. Infatti, circa il 98% di tutte le stelle dell’Universo finirà per diventare una nana bianca; il nostro Sole non fa eccezione.
Le nane bianche bruciano idrogeno per vivere più a lungo
Oggi è stata scoperta una caratteristica importante di queste anziane signore: un’attività termonucleare stabile che avviene anche nelle fasi finali della loro esistenza, bruciando idrogeno in superficie.
Ce lo comunica Jianxing Chen, dottorando presso l’Università Alma Mater Studiorum di Bologna e associato dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, che ha guidato questa ricerca analizzando il raffreddamento delle nane bianche in due massicce collezioni di stelle: gli ammassi globulari M3 e M13. Questi due ammassi globulari sono un perfetto laboratorio naturale in cui testare come si raffreddano le diverse popolazioni di nane bianche.
Dallo studio emerge che M3 contiene nane bianche standard, che stanno semplicemente raffreddando i nuclei stellari, mentre M13 contiene due popolazioni di nane bianche: le nane bianche standard e quelle che sono riuscite a trattenere un involucro esterno di idrogeno, che permette loro di bruciare più a lungo e quindi raffreddarsi più lentamente. Tali stelle sono circa il 70% di tutte le nane bianche analizzate. Questa è proprio la strategia adottata dalle nane bianche che non vogliono cedere all’inesorabile destino che accomuna tutte le stelle. In pratica, bruciando idrogeno sulle loro superfici rallentano la velocità con cui si raffreddano.
Nane bianche come orologi naturali
È abbastanza naturale che questa scoperta avrà un impatto importante sul modo in cui gli astronomi misurano l’età delle stelle nella Via Lattea. Infatti, la semplice relazione usata finora tra età e temperatura aveva consentito di usare la velocità di raffreddamento delle nane bianche come “orologio naturale” per determinare l’età degli ammassi stellari, in particolare degli ammassi globulari e aperti. Oggi questa teoria è stata scossa fin dalle fondamenta, facendo sì che le stime finora trovate possano sbagliare fino a 1 miliardo di anni. Vediamo meglio come funzionano questi prodigi dell’Universo.
Il processo di raffreddamento delle nane bianche
All’interno delle nane bianche, il gas è troppo denso per comportarsi come un gas ideale: si trova, invece, in condizione degenere. Per le stelle normali, se aumenta la massa, la stella diventa più grande e il suo raggio aumenta. Tuttavia, per le nane bianche è vero il contrario, ovvero aumentando la massa si restringe la stella. La dimensione di una stella è quindi il risultato di un sottile equilibrio tra pressione e gravità (qui un simpatico video della NASA che illustra questo gioco di forze), dove quest’ultima tira gli strati esterni della stella verso l’interno e la prima spinge quegli strati nel verso opposto.
In un gas degenere, l’incremento della densità non aumenta la pressione (opposta a un gas normale), ma la gravità. Quindi, quando si aggiunge massa a una nana bianca, la gravità aumenta, ma la pressione cambia solo in piccola quantità. Vincendo la gravità, la stella si restringe. Se alla fine della vita delle stelle la massa non può essere liberata dopo il collasso, le stelle diventeranno stelle di neutroni o buchi neri.
Solitamente, le nane bianche di massa superiore alle altre sono di piccole dimensioni, e quindi irradiano energia più lentamente delle nane bianche più grandi e di massa minore. Il raffreddamento radiativo è un modo per raffreddare una nana bianca, mentre un altro modo è il raffreddamento per rilascio di neutrini.
Il processo di raffreddamento è molto lento per le nane bianche: dopo un miliardo di anni una tipica nana bianca raggiunge 1/1000 della luminosità del Sole, ma il risultato finale è inarrestabile, in quanto la nana bianca alla fine rilascerà tutta la sua energia e diventerà una nana nera solida e cristallina.
