Per più di 400 anni, gli astronomi professionisti e dilettanti hanno avuto un interesse speciale nell'osservare le stelle di Mira, una classe di giganti rossi variabili famosi per le pulsazioni che durano per 80-1000 giorni e fanno sì che la loro luminosità apparente vari di un fattore dieci volte o più durante un ciclo.
Un team internazionale di astronomi guidato da Guy Perrin dell'Osservatorio di Parigi / LESIA (Meudon, Francia) e Stephen Ridgway dell'Osservatorio nazionale di astronomia ottica (Tucson, Arizona, USA) ha utilizzato tecniche interferometriche per osservare gli ambienti vicini di cinque stelle di Mira, e furono sorpresi di scoprire che le stelle sono circondate da un guscio quasi trasparente di vapore acqueo, e possibilmente monossido di carbonio e altre molecole. Questo guscio conferisce alle stelle una dimensione apparente ingannevolmente grande. Penetrando attraverso questo strato usando la luce combinata di diversi telescopi, il team ha scoperto che le stelle di Mira sono probabilmente solo la metà di quanto si credesse in precedenza.
"Questa scoperta risolve fastidiose incoerenze tra osservazioni delle dimensioni delle stelle di Mira e modelli che descrivono la loro composizione e pulsazioni, che ora si possono vedere generalmente d'accordo tra loro". Spiega Ridgway. "L'immagine rivista è che le stelle di Mira sono stelle molto luminose ma relativamente normali del ramo gigante asintotico, ma hanno una pulsazione risonante che guida la loro grande variabilità."
Le stelle di Mira sono particolarmente interessanti poiché hanno dimensioni simili al Sole e stanno attraversando una fase avanzata dello stesso percorso evolutivo che sperimenteranno tutte le stelle di massa un sole, incluso il Sole. Pertanto, queste stelle illustrano il destino del nostro Sole tra cinque miliardi di anni. Se una tale stella, compreso il suo guscio circostante, fosse situata nella posizione del Sole nel nostro sistema solare, il suo guscio vaporoso si estenderebbe oltre l'orbita di Marte.
Sebbene abbiano un diametro davvero molto grande (fino a qualche centinaio di raggi solari), le stelle giganti rosse sono simili agli occhi umani senza aiuto sulla Terra e persino i più grandi telescopi non riescono a distinguere le loro superfici. Questa sfida può essere superata combinando segnali provenienti da telescopi separati utilizzando una tecnica chiamata interferometria astronomica che consente di studiare dettagli molto piccoli nelle immediate vicinanze delle stelle di Mira. In definitiva, le immagini delle stelle osservate possono essere ricostruite.
Le stelle di Mira prendono il nome dal primo oggetto noto, Mira (o Omicron Ceti). Una possibile spiegazione della loro significativa variabilità è che grandi quantità di materiale, tra cui polvere e molecole, vengono prodotte durante ogni ciclo. Questo materiale blocca gran parte della radiazione stellare in uscita, fino a quando il materiale non viene diluito dall'espansione. L'ambiente vicino delle stelle di Mira è quindi molto complesso e le caratteristiche dell'oggetto centrale sono difficili da osservare.
Per studiare il vicino ambiente di queste stelle, il team guidato da Perrin e Ridgway ha effettuato osservazioni all'Infrared-Optical Telescope Array (IOTA) dell'Osservatorio Astrofisico Smithsonian in Arizona. IOTA è un interferometro stellare di Michelson, con due bracci che formano un array a forma di L. Funziona con tre collettori che possono essere posizionati in diverse stazioni su ciascun braccio. Nel presente studio, sono state fatte osservazioni a diverse lunghezze d'onda usando diverse distanze del telescopio da 10 a 38 metri.
Da queste osservazioni, il team è stato in grado di ricostruire la variazione della luminosità stellare sulla superficie di ciascuna stella. È possibile rilevare dettagli fino a circa 10 millesimi di secondo. Per fare un paragone, alla distanza della Luna, ciò corrisponderebbe a vedere caratteristiche fino a 20 metri di dimensione.
Le osservazioni sono state fatte a lunghezze d'onda del vicino infrarosso che sono di particolare interesse per lo studio del vapore acqueo e del monossido di carbonio. Il ruolo svolto da queste molecole è stato sospettato alcuni anni fa dal team e confermato in modo indipendente dalle osservazioni con l'Infrared Space Observatory. Le nuove osservazioni che utilizzano IOTA dimostrano chiaramente che le stelle di Mira sono circondate da uno strato molecolare di vapore acqueo e, almeno in alcuni casi, di monossido di carbonio. Questo strato ha una temperatura di circa 2.000 K e si estende per circa un raggio stellare al di sopra della fotosfera stellare, o circa il 50 percento del diametro osservato delle stelle di Mira nel campione.
Precedenti studi interferometrici sulle stelle di Mira hanno portato a stime dei diametri delle stelle che erano distorte dalla presenza dello strato molecolare e quindi erano molto sopravvalutate. Questo nuovo risultato mostra che le stelle di Mira sono circa la metà più grandi di quanto si credesse in precedenza.
Le nuove osservazioni presentate dal team sono interpretate nel quadro di un modello che colma il divario tra osservazioni e teoria. Lo spazio tra la superficie della stella e lo strato molecolare molto probabilmente contiene gas, come un'atmosfera, ma è relativamente trasparente alle lunghezze d'onda osservate. Alla luce visibile, lo strato molecolare è piuttosto opaco, dando l'impressione che sia una superficie, ma nell'infrarosso è sottile e la stella può essere vista attraverso di essa.
Questo modello è il primo in assoluto a spiegare la struttura delle stelle di Mira su una vasta gamma di lunghezze d'onda spettrali dal visibile all'infrarosso medio e ad essere coerente con le proprietà teoriche della loro pulsazione. Tuttavia, la presenza dello strato di molecole molto al di sopra della superficie stellare è ancora alquanto misteriosa. Lo strato è troppo alto e denso per essere supportato esclusivamente dalla pressione atmosferica. Le pulsazioni della stella svolgono probabilmente un ruolo nella produzione dello strato molecolare, ma il meccanismo non è ancora stato compreso.
Poiché le stelle di Mira rappresentano uno stadio evolutivo tardivo delle stelle simili al Sole, sarà molto interessante descrivere meglio i processi che si verificano dentro e intorno a loro, come prefigurazione del destino atteso del Sole in un lontano futuro. Le stelle di Mira espellono grandi quantità di gas e polvere nello spazio, in genere circa un terzo della massa terrestre all'anno, fornendo così oltre il 75% delle molecole nella galassia. Il carbonio, l'azoto, l'ossigeno e altri elementi di cui siamo fatti sono stati per lo più prodotti all'interno di tali stelle (con elementi più pesanti provenienti dalle supernovae), e vengono quindi restituiti allo spazio attraverso questa perdita di massa per diventare parte di nuove stelle e pianeti . La tecnica di maturazione dell'interferometria sta rivelando i dettagli dell'atmosfera di Mira, avvicinando gli scienziati all'osservazione e alla comprensione della produzione e dell'espulsione di molecole e polvere, poiché queste stelle ne riprendono il contenuto su scala astronomica.
L'articolo: Svelare le stelle di Mira dietro le molecole: conferma del modello di strato molecolare con interferometria nel vicino infrarosso a banda stretta ,? di Perrin et al., apparirà in un prossimo numero della rivista Astronomy & Astrophysics.
Fonte originale: NOAO News Release
