Circa cinquant'anni fa, gli astronomi hanno predetto quale sarà il destino finale del nostro Sole. Secondo la teoria, il Sole esaurirà il suo combustibile a idrogeno tra miliardi di anni e si espanderà fino a diventare un Gigante Rosso, seguito da esso che spargerà gli strati esterni e diventerà una nana bianca. Dopo qualche altro miliardo di anni di raffreddamento, l'interno si cristallizzerà e diventerà solido.
Fino a poco tempo fa, gli astronomi avevano poche prove a sostegno di questa teoria. Ma grazie a ESA Osservatorio di Gaia, gli astronomi sono ora in grado di osservare centinaia di migliaia di stelle bianche nane con immensa precisione, misurando la loro distanza, luminosità e colore. Questo a sua volta ha permesso loro di studiare cosa riserva il futuro per il nostro Sole quando non sarà più la stella calda e gialla che conosciamo e amiamo oggi.
Lo studio che descrive questi risultati è apparso di recente sulla rivista Natura sotto il titolo "Core cristallizzazione e accumulo nella sequenza di raffreddamento di nane bianche in evoluzione." Lo studio è stato condotto da Pier-Emmanuel Tremblay, un assistente professore all'Università di Warwick, e ha incluso numerosi ricercatori del gruppo di Astronomia e Astrofisica di Warwick, l'Université de Montréal e l'Università della Carolina del Nord.
Quando si tratta di evoluzione stellare, decenni di osservazioni combinate con modelli teorici hanno permesso agli astronomi di concludere cosa accadrà a una stella in base alla sua classificazione. Mentre le stelle più grandi (come i supergiganti blu) alla fine diventano supernova e diventano stelle di neutroni o buchi neri, le stelle più piccole come il nostro Sole libereranno i loro strati esterni per diventare nebulose planetarie, e alla fine concluderanno il loro ciclo vitale come una nana bianca.
Queste stelle ultra-dense continuano a emettere radiazioni mentre si raffreddano, un processo che dura miliardi di anni. Alla fine, i loro interni saranno abbastanza freddi - circa 10 milioni ° C (50 milioni ° F) - che l'estrema pressione esercitata sui loro nuclei farà cristallizzare il materiale e renderlo solido. Si stima che questo sarà il destino fino al 97% delle stelle nella Via Lattea, mentre il resto diventerà stelle di neutroni o buchi neri.
Poiché le nane bianche sono tra le stelle più antiche dell'Universo, sono incredibilmente utili agli astronomi. Poiché il loro ciclo di vita è prevedibile, vengono utilizzati come "orologi cosmici" per stimare l'età di gruppi di stelle vicine con un alto grado di precisione. Ma determinare cosa succede ai nani bianchi verso la fine del loro ciclo di vita è stato impegnativo.
In precedenza, gli astronomi erano limitati quando si trattava del numero di nane bianche che potevano studiare. Tutto ciò è cambiato con la distribuzione di Gaia, un osservatorio spaziale che ha trascorso gli ultimi anni misurando con precisione le posizioni, le distanze e i movimenti delle stelle per creare il catalogo spaziale 3D più dettagliato mai realizzato.
Come Pier-Emmanuel Tremblay, un ERC * Starting Grant Fellow, ha indicato in un recente comunicato stampa dell'ESA:
“In precedenza avevamo distanze solo per poche centinaia di nane bianche e molti di loro erano in ammassi, dove tutti avevano la stessa età. Con Gaia ora abbiamo la distanza, la luminosità e il colore di centinaia di migliaia di nane bianche per un campione considerevole nel disco esterno della Via Lattea, che abbraccia una gamma di masse iniziali e tutti i tipi di età ".
Per il loro studio, gli astronomi hanno usato i dati di Gaia per analizzare oltre 15.000 candidati residui stellari entro 300 anni luce dalla Terra. Da questo esempio, sono stati in grado di identificare un eccesso nel numero di stelle (alias un accumulo) che avevano colori e luminosità specifici che non corrispondevano a nessuna singola massa o età.
Questo accumulo, una volta paragonato ai modelli evolutivi delle stelle, sembrava coincidere con lo stadio di sviluppo in cui le stelle perdono calore in grandi quantità. Questo processo rallenta il processo di raffreddamento naturale e fa sì che le stelle morte smettano di oscurarsi, il che le fa apparire fino a 2 miliardi di anni più giovani di quanto non siano realmente.0
"Questa è la prima prova diretta che i nani bianchi si cristallizzano o passano da liquidi a solidi", ha spiegato Tremblay in una dichiarazione della stampa di Warwick. "Cinquanta anni fa era stato previsto che dovremmo osservare un accumulo nel numero di nane bianche a certe luminosità e colori a causa della cristallizzazione e solo ora questo è stato osservato."
Questo modello, in cui la luminosità non è correlata all'età, era una delle previsioni chiave fatte sulla cristallizzazione delle nane bianche 50 anni fa. Ora che gli astronomi hanno prove dirette di questo processo al lavoro, è probabile che abbia un impatto sulla nostra comprensione di quali gruppi stellari dovrebbero essere incluse le nane bianche.
"I nani bianchi sono tradizionalmente usati per la datazione di età di popolazioni stellari come ammassi di stelle, il disco esterno e l'aureola nella nostra Via Lattea", ha detto Tremblay. "Ora dovremo sviluppare modelli di cristallizzazione migliori per ottenere stime più accurate dell'età di questi sistemi."
Ad esempio, mentre tutte le nane bianche si cristallizzeranno ad un certo punto della loro evoluzione, il tempo necessario varia in base alla stella. Nane bianche più massicce si raffreddano più rapidamente e raggiungono la temperatura alla quale si verifica prima la cristallizzazione (in circa un miliardo di anni). Le nane bianche più piccole, che è ciò che diventerà il nostro Sole, potrebbero richiedere fino a sei miliardi di anni per effettuare la stessa transizione.
"Ciò significa che miliardi di nane bianche nella nostra galassia hanno già completato il processo e sono essenzialmente sfere di cristallo nel cielo", ha affermato Tremblay. Nel frattempo, ci si può aspettare che il nostro Sole subisca questa transizione tra circa altri dieci miliardi di anni. A quel punto, il nostro Sole sarà uscito dalla sua fase del Ramo Gigante Rosso, diventerà una nana bianca e inizierà il processo di cristallizzazione.
Questa è solo l'ultima rivelazione che arriva dal Gaia missione, che ha trascorso gli ultimi cinque anni a catalogare oggetti celesti nella Via Lattea e nelle galassie vicine. Prima della fine della missione (prevista entro il 2022), sono in programma altre due versioni di dati, con la versione DR3 prevista per il 2021 e la versione finale ancora da determinare.
* La ricerca è stata resa possibile grazie ai finanziamenti del Consiglio europeo della ricerca (CER).
