Spin può indicare l’età di una stella

Gli astronomi hanno alcuni strumenti per studiare le stelle che consentono loro di capire le età relative, come osservarne la temperatura e la luminosità. In generale, le stelle rossastre e arancioni sono più vecchie e più fredde, mentre le stelle bianche bluastre sono più calde e più giovani. Stelle come il Sole possono essere considerate “di mezza età” poiché la loro età giace da qualche parte tra i loro freddi anziani rossi e i loro caldi fratelli minori. La regola generale è che è probabile che le stelle più calde e molto più massicce, come le stelle bluastre mostrate in questa immagine, vivano vite più brevi. Ma quali indizi esistono per dire agli astronomi quanto dureranno quelle vite?

Questa regione dello spazio contiene stelle giovani e molto calde. Quanto tempo vivono e come muoiono la dice lunga sui cicli di vita delle stelle nel cosmo. La stella molto massiccia R136a1 si trova in questa regione di formazione stellare nella Grande Nube di Magellano (una galassia vicina alla Via Lattea).
NASA / ESA / STScI

C’è uno strumento estremamente utile che gli astronomi possono utilizzare per capire l’età delle stelle che si collega direttamente all’età della stella. Utilizza la velocità di rotazione di una stella (ovvero la velocità con cui gira sul suo asse). A quanto pare, le velocità di rotazione stellari rallentano con l’invecchiamento delle stelle. Questo fatto ha incuriosito un gruppo di ricerca presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, guidato dall’astronomo Soren Meibom. Hanno deciso di costruire un orologio in grado di misurare le rotazioni stellari e quindi determinare l’età della stella.

Perché è importante conoscere l’età di una stella?

Essere in grado di raccontare le età delle stelle è la base per capire come si svolgono nel tempo i fenomeni astronomici che coinvolgono le stelle e le loro compagne. Conoscere l’età di una stella è importante per molte ragioni che hanno a che fare con i tassi di formazione delle stelle nelle galassie e con la formazione dei pianeti. 

Concetto artistico di un disco protoplanetario attorno a una stella appena formata.
NASA

È anche particolarmente rilevante per la ricerca di segni di vita aliena al di fuori del nostro sistema solare. Ci è voluto molto tempo prima che la vita sulla Terra raggiungesse la complessità che troviamo oggi. Con un orologio stellare accurato, gli astronomi possono identificare le stelle con pianeti vecchi quanto il nostro Sole o più vecchi.

Il giro di una stella racconta la storia

La velocità di rotazione di una stella dipende dalla sua età perché rallenta costantemente con il tempo, come una trottola che gira su un tavolo rallenta dopo pochi minuti. La rotazione di una stella dipende anche dalla sua massa. Gli astronomi hanno scoperto che le stelle più grandi e pesanti tendono a ruotare più velocemente di quelle più piccole e più leggere. Esiste una stretta relazione matematica tra massa, spin ed età. Misura i primi due ed è relativamente facile calcolare il terzo.

Un’impressione artistica di una stella nana bianca in orbita con la pulsar PSR J2222-0137. Potrebbe essere la nana bianca più fredda e tenue mai identificata. La velocità di rotazione di questa stella fornisce agli astronomi indizi sul suo processo di invecchiamento.
B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Questo metodo è stato proposto per la prima volta nel 2003 dall’astronomo Sydney Barnes del Leibniz Institute for Physics in Germania. Si chiama “girocronologia” dalle parole greche gyros (rotazione), chronos (tempo / età) e logos (studio). Affinché le età della girocronologia siano accurate e precise, gli astronomi devono calibrare i loro nuovi orologi stellari misurando i periodi di rotazione delle stelle con età e massa note. Meibom ei suoi colleghi avevano precedentemente studiato un ammasso di stelle di miliardi di anni. Questo nuovo studio esamina le stelle nell’ammasso di 2.5 miliardi di anni noto come NGC 6819, estendendo così in modo significativo la fascia d’età.

Misurare la rotazione di una stella non è un compito facile. Nessuno può dire solo guardando una stella quanto velocemente gira. Quindi, gli astronomi cercano cambiamenti nella sua luminosità causati da macchie scure sulla sua superficie, l’equivalente stellare delle macchie solari. Questi fanno parte della normale attività del Sole e possono essere tracciati proprio come possono fare i punti stellari. A differenza del nostro Sole, tuttavia, una stella lontana è un punto di luce irrisolto. Quindi, gli astronomi non possono vedere direttamente una macchia solare attraversare il disco stellare. Invece, guardano che la stella si oscuri leggermente quando appare una macchia solare e si illumini di nuovo quando la macchia solare ruota fuori dalla vista.

Questi cambiamenti sono molto difficili da misurare perché una stella tipica si oscura di molto meno dell’1 percento. E il tempo è un problema. Per il Sole, possono essere necessari giorni prima che una macchia solare attraversi il volto della stella. Lo stesso vale per le stelle con punti stellari. Alcuni scienziati hanno aggirato questo problema utilizzando i dati della sonda spaziale Kepler della NASA, che ha fornito misurazioni precise e continue della luminosità stellare.

Un team ha esaminato più stelle con un peso compreso tra l’80 e il 140 percento del Sole. Sono stati in grado di misurare gli spin di 30 stelle con periodi che vanno da 4 a 23 giorni, rispetto all’attuale periodo di rotazione del Sole di 26 giorni. Le otto stelle in NGC 6819 più simili al Sole hanno un periodo di rotazione medio di 18.2 giorni, il che implica fortemente che il periodo del Sole era circa quel valore quando aveva 2.5 miliardi di anni (circa 2 miliardi di anni fa).

Il team ha quindi valutato diversi modelli di computer esistenti che calcolano i tassi di rotazione delle stelle, in base alle loro masse ed età, e ha determinato quale modello corrispondeva meglio alle loro osservazioni.

Fatti veloci

  • La velocità di rotazione aiuta gli astronomi a determinare le informazioni sull’età e l’evoluzione di una stella.
  • I ricercatori studiano continuamente le velocità di rotazione per capire come cambiano i diversi tipi di stelle nel tempo.
  • Il nostro Sole, come le altre stelle, ruota sul suo asse.