Sole
  • Categoria dell'articolo:Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:17 Aprile 2023

Quando le stelle di massa medio-bassa esauriscono la loro scorta di idrogeno, escono dalla loro fase di sequenza principale e si espandono per diventare giganti rosse, quella che è nota come la fase del ramo gigante asintotico (AGB). Le stelle in questa fase della loro evoluzione diventano variabili (sperimentano cambiamenti di luminosità) per perdere i loro strati esterni, diffondendo polvere in tutto il mezzo interstellare (ISM) che è cruciale per lo sviluppo delle nebulose planetarie e dei sistemi protoplanetari. Per decenni, gli astronomi hanno cercato di comprendere meglio il ruolo svolto dalle stelle giganti rosse.

Studiare la polvere interstellare e protoplanetaria è difficile perché è così debole nella luce visibile. Fortunatamente, questa polvere assorbe la luce e si irradia intensamente nell’infrarosso (IR), rendendola visibile ai telescopi IR. Utilizzando i dati d’archivio delle missioni Akari e Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), un team di astronomi giapponesi ha condotto la prima indagine a lungo termine sugli AGB polverosi e ha osservato che l’intensità variabile di queste stelle coincide con la quantità di polvere loro producono. Poiché questa polvere svolge un ruolo importante nella formazione dei pianeti, questo studio potrebbe far luce sulle origini della vita.

Lo studio è stato condotto dal dottorando Kengo Tachibana e dai suoi colleghi dell’Istituto di astronomia dell’Università di Tokyo. A loro si sono uniti gli astronomi dell’Università di Kagoshima, dell’Università di Tohoku e dell’Istituto di scienze spaziali e astronautiche (ISAS) presso la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Il loro documento, “Indagine sulla variabilità a lungo termine nel medio infrarosso di stelle AGB polverose utilizzando i dati di scansione multi-epoca di AKARI e WISE“, è recentemente apparso nelle pubblicazioni della Società astronomica del Giappone.

Questa immagine traccia la vita di una stella simile al Sole, dalla sua nascita sul lato sinistro dell'inquadratura fino alla sua evoluzione in una stella gigante rossa sulla destra
Questa immagine traccia la vita di una stella simile al Sole, dalla sua nascita sul lato sinistro dell’inquadratura fino alla sua evoluzione in una stella gigante rossa sulla destra. Credito: ESO/M. Kornmesser

L’astronomia a infrarossi ha aperto nuove prospettive sull’Universo, come dimostrato dal James Webb Space Telescope (JWST). Il JWST ha fornito le immagini più dettagliate del cosmo mai viste grazie al suo grande specchio primario, agli strumenti IR e al Sunshield (che lo mantiene a temperature criogeniche). Tuttavia, è importante notare che Webb è l’ultimo di una lunga serie di osservatori IR, che includono AKARI (il primo telescopio spaziale IR del Giappone), l’Herschel Space Observatory dell’ESA e i telescopi spaziali WISE e Spitzer della NASA.

Come ha spiegato Tachibana in un recente comunicato stampa di UTokyo , la maggior parte dei sondaggi IR sono stati di breve durata, il che ha limitate opportunità di saperne di più sulle stelle più deboli e su quelle che si stanno avvicinando alla fine del loro ciclo di vita:

“Studiamo le stelle e la loro luce IR è una fonte fondamentale di informazioni che ci aiuta a svelare i loro segreti. Fino a poco tempo fa, la maggior parte dei dati IR proveniva da sondaggi di brevissimo periodo a causa della mancanza di piattaforme avanzate dedicate. Ma missioni come AKARI e WISE ci hanno permesso di effettuare sondaggi a lungo termine. Ciò significa che possiamo vedere come le cose potrebbero cambiare in periodi di tempo più lunghi e cosa potrebbero implicare questi cambiamenti. Ultimamente, abbiamo rivolto la nostra attenzione a una certa classe di stelle note come stelle ramificate giganti asintotiche, che sono interessanti perché sono le principali produttrici di polvere interstellare».

La polvere interstellare è costituita da elementi più pesanti (carbonio, ossigeno, ferro, ecc.) creati dalla fusione nucleare all’interno di una stella. Questi elementi sono stati originariamente formati dalle prime stelle del nostro Universo (stelle di Popolazione III) e accumulati nei loro strati esterni. Una volta raggiunta la necessità della loro durata di vita, questi strati esterni sono stati spazzati via attraverso le supernove e dispersi in tutto il cosmo. Questi elementi sono poi entrati a far parte delle nebulose da cui si sono formate nuove popolazioni (Popolazione II e I), aumentando gradualmente il contenuto di metallo (“metallicità”) delle stelle.

Nel corso del tempo, queste stelle sono entrate nella loro fase AGB e sono diventate la principale fonte di polvere cosmica. Ma a differenza delle stelle di Popolazione III, gli AGB producono e distribuiscono gradualmente elementi più pesanti nell’ISM, staccandoli dai loro strati esterni invece di espellerli in massicce esplosioni. Mentre gli astronomi lo hanno capito da decenni, i principali driver di questo processo sono poco conosciuti, il che li porta a chiedersi dove dovrebbero cercare per saperne di più. 

Tachibana ha detto:

“Il nostro ultimo studio ci ha indirizzato nella giusta direzione. Grazie alle osservazioni IR di lungo periodo, abbiamo scoperto che la luce degli AGB polverosi varia con periodi più lunghi di diverse centinaia di giorni. Abbiamo anche scoperto che i gusci sferici di polvere prodotti e poi espulsi da queste stelle hanno concentrazioni di polvere che variano al passo con i cambiamenti di luminosità delle stelle. Dei 169 AGB polverosi esaminati, indipendentemente dal loro periodo di variabilità, le concentrazioni di polvere intorno a loro coinciderebbero. Quindi, siamo certi che questi siano collegati.

Questo studio ha fornito un prezioso primo passo dimostrando la connessione tra le concentrazioni di polvere e la variabilità della luminosità di una stella. Per il passaggio successivo, il team spera di esplorare i possibili meccanismi fisici alla base della produzione di questa polvere. Per fare ciò, il team prevede di utilizzare il telescopio da 6,5 ​​metri dell’Osservatorio Atacama dell’Università di Tokyo (TAO) in Cile. TAO si sta avvicinando al completamento dell’imager e dello spettrografo nel medio infrarosso MIMIZUKU, che ha una risoluzione spaziale paragonabile a quella dello strumento nel medio infrarosso (MIRI) del JWST.

Usando questo strumento, il team intende monitorare continuamente diverse stelle AGB per molti anni. Insieme a Webb e ad altri osservatori IR di prossima generazione, questi studi riveleranno molto sugli aspetti invisibili del nostro Universo.

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