Un recente studio pubblicato sulla rivista Nature ha messo in luce una caratteristica inaspettata nelle oscillazioni acustiche di stelle in fase avanzata di evoluzione. I ricercatori hanno analizzato 27 stelle subgiganti e giganti rosse nell’ammasso aperto M67, scoprendo un plateau nelle piccole separazioni sismiche che potrebbe rivoluzionare le stime di massa e età per queste stelle.
Le oscillazioni acustiche: la voce interna delle stelle
Le oscillazioni acustiche, note come p-mode, si verificano all’interno delle stelle simili al Sole a causa dei processi convettivi che avvengono nella loro superficie. Queste oscillazioni generano onde sonore che viaggiano attraverso il corpo stellare, e la loro frequenza è influenzata dalla struttura interna della stella stessa. Le large separations misurano la densità media della stella, mentre le small separations , che rappresentano la distanza tra i modi di grado ℓ=0 e ℓ=2, offrono informazioni sulle condizioni nel nucleo stellare.
Queste piccole separazioni sono particolarmente utili per stimare l’età delle stelle nella sequenza principale. Tuttavia, con l’evoluzione stellare – quando il nucleo diventa inerte e i processi convettivi si approfondiscono – si pensava che le small separations perdessero il legame diretto con il nucleo stesso. Si credeva anche che diventassero proporzionali alle large separations , riducendo così il loro potere diagnostico. Le recenti osservazioni dello studio hanno messo in discussione questa teoria consolidata.
Una firma nel diagramma C–D: il plateau delle frequenze
Utilizzando dati provenienti dalla missione Kepler/K2, gli autori dello studio hanno ottenuto spettri ad alta precisione da un campione uniforme di stelle dell’ammasso M67 . Questo sistema è noto per avere un’età ben definita di circa 3.95 miliardi di anni e una popolazione stellare omogenea.
Nel diagramma asterosismico C–D , gli scienziati hanno identificato un plateau ben definito tra 17 e 22 μHz. Questa scoperta rappresenta un comportamento inatteso associato all’approfondirsi della zona convettiva dell’inviluppo stellare. La presenza di una discontinuità chimica interna provoca ciò che viene chiamato “acoustic glitch”, ovvero una particolare impronta nel profilo delle frequenze acustiche osservate.
Il ruolo degli istituti di ricerca coinvolti
Lo studio è stato guidato da Earl P. Bellinger del Max Planck Institute for Astrophysics ed ha visto la collaborazione tra diversi istituti accademici rinomati:
- Università di Aarhus : specializzata nell’asterosismologia attraverso lo Stellar Astrophysics Centre.
- Università di Birmingham: esperta nell’analisi dei dati Kepler e nella modellazione evolutiva.
- Università di Göttingen: focalizzata sull’elaborazione delle oscillazioni adiabatiche.
- Università di Tokyo: dedicata allo sviluppo teorico riguardante le discontinuità strutturali interne alle stelle.
Questa sinergia ha permesso ai ricercatori non solo d’indagare più a fondo sul fenomeno ma anche d’interrogarsi su come questi risultati possano influenzare future ricerche astronomiche.
L’importanza dell’overshooting convettivo
Il team ha confrontato i dati raccolti con modelli teorici variando il fattore conosciuto come “overshooting“, cioè quanto i moti convettivi superino i confini stabiliti dalle teorie attuali sulla struttura stellare. Solo utilizzando modelli calibrati sull’overshooting solare sono riusciti a riprodurre correttamente il plateau osservato nel diagramma C-D.
Secondo quanto riportato dagli autori dello studio: “Il plateau sismico osservato nel diagramma C-D fornisce un nuovo vincolo sulla profondità raggiunta dalla zona convettiva e sulla composizione chimica interna delle stelle giganti.”
Un nuovo indicatore di massa e età stellari
La scoperta del plateau non si limita all’ammasso M67; simulazioni condotte su altre stelle con metallicità solari ed masse comprese tra 0.8 e 1.6 M⊙ mostrano comportamenti analoghi rispetto alla posizione del plateau stesso nei rispettivi diagrammi C-D. Questo suggerisce l’utilizzo del diagramma come strumento utile per datare anche altre star rosse isolate; pertanto potrebbe fornire nuovi strumenti significativi per comprendere meglio l’evoluzione stellare complessiva ed arricchire la cronologia della Via Lattea stessa.