UNA BILANCIA COSMICA

PER SMASCHERARE

LE STELLE ''FALSE MAGRE''

All'interno di sistemi stellari antichissimi popolati da astri di massa inferiore a quella del nostro Sole si nascondono oggetti piu' pesanti, generati da collisioni e fenomeni di vampirismo stellare. Un team di ricerca del Dipartimento di Fisica e Astronomia dellUniversita' di Bologna, in collaborazione con l'Osservatorio Astronomico di Bologna dell'INAF, ha ideato un nuovo strumento in grado di identificarli.

Questa illustrazione mostra come le vagabonde blu riescono a diventare piu` pesanti delle altre stelle dell`ammasso: esse si formano a seguito di collisioni stellari o di veri e propri fenomeni di vampirismo tra due stelle compagne.

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Francesco Ferraro

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La scoperta della bilancia cosmica e` un altro dei risultati di grande rilievo ottenuti nell`ambito di Cosmic-Lab, un progetto pluriennale finanziato dal Consiglio delle Ricerche Europeo, specificamente dedicato all'esplorazione dei complessi fenomeni di natura dinamica che caratterizzano le regioni ad alta densita` stellare tipiche degli ammassi globulari. "Grazie a questo finanziamento abbiamo costruito, presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UniBO, un team di giovani ricercatori (piu` della meta` ha meno di 40 anni) preparati, motivati ed affiatati, e i risultati non si sono fatti attendere! Credo che questo sia un risultato che metta in evidenza la vitalita` e il livello di eccellenza della ricerca astrofisica in Italia. Ma anche una conferma di carattere metodologico e strategico: questa e` la strada giusta per la costruzione di un centro di alta formazione nel settore dell'astrofisica stellare nell`UniBO, che miri a diventare un punto di riferimento per i giovani ricercatori non solo a livello italiano, ma anche europeo e mondiale", conclude Ferraro.

Una "bilancia cosmica" per smascherare le stelle "false magre" che si nascondono all'interno degli ammassi globulari galattici. E' il nuovo strumento ideato da un team di ricercatori dell'Universita' di Bologna (UniBO), guidato da Francesco Ferraro, docente al Dipartimento di Fisica e Astronomia, in collaborazione con l'Osservatorio Astronomico di Bologna dell'INAF. Realizzato nell'ambito del progetto Cosmic-Lab, finanziato con quasi 2 milioni di euro dall'Unione Europea, questo nuovo metodo di misurazione permette di calcolare con precisione la massa delle stelle: parametro fondamentale per determinare l'evoluzione di un astro e capire quale sara' il suo destino finale. E c'e' gia' un primo, notevole, risultato: grazie alla "bilancia cosmica", i ricercatori bolognesi sono finalmente riusciti a "smascherare" una Blue Straggler Star evoluta, particolare tipologia di stella di cui sappiamo ancora molto poco, nell'ammasso globulare 47 Tucanane.

Le Blue Straggler Star (in italiano "vagabonde blu") sono stelle massicce (tra 1.2 e 1.6 masse solari) che si trovano ancora all'inizio della loro vita. La loro particolarita' sta nel fatto che sono osservate all'interno di ammassi globulari, agglomerati di migliaia o anche milioni di stelle, nati circa 13 miliardi di anni fa, dunque agli albori dell'Universo (la cui eta' stimata e' approssimativamente di 13.6 miliardi di anni). Secondo i modelli di evoluzione stellare, tutte le stelle piu' pesanti di 0.8-0.9 masse solari hanno completato il loro ciclo vitale negli ammassi globulari, finendo come nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri. Le Blue Straggler Star, pero', fanno eccezione. Secondo gli astronomi, questi oggetti cosi' anomali (che non dovrebbero esistere, oggi, negli ammassi globulari) si sarebbero generati attraverso processi fisici capaci di aumentarne la massa, come collisioni dirette o fenomeni di vampirismo (trasferimento di materia da una compagna).

Ma la loro origine e i loro processi evolutivi rimangono ancora un mistero, soprattutto perche' non si ha quasi nessuna informazione riguardo alle loro proprieta' durante fasi evolutive avanzate. Le vagabonde blu, infatti, sono generalmente osservate durante la loro fase di sequenza principale, quando producono la loro luminosita' con una reazione termonucleare che converte idrogeno in elio nel nucleo, e sono facilmente distinguibili (in termini di luminosita' e colore) dalle altre stelle "normali". Al contrario, in fasi evolutive avanzate (quando la luminosita' dell'astro e' prodotta da reazioni termonucleari piu' complesse) le blue straggler diventano completamente indistinguibili dalle altre stelle dell'ammasso. Per questo, fino ad oggi, era stata identificata (grazie a studi di variabilita') soltanto una vagabonda blu in una fase avanzata di evoluzione. Grazie alla "bilancia cosmica" del team UniBO, ora abbiamo un nuovo caso di Blue Straggler evoluta, con una massa pari a 1.4 volte quella del Sole, individuata nell'ammasso globulare 47 Tucanae.

"L'abbondanza di un dato elemento chimico misurata dalle righe di assorbimento degli atomi ionizzati - spiega il prof. Francesco Ferraro - e' fortemente legata alla massa stellare, mentre tale dipendenza e' trascurabile quando si usano le righe dello stesso elemento allo stato neutro.

"L'approccio elaborato e' molto potente in quanto permette di stimare in modo accurato differenze di massa tra stelle, indipendentemente dal fatto che esse siano "normali" o "anomale", minimizzando cosi' possibili incertezze ed errori dovuti all'applicazione di metodi differenti" prosegue Davide Massari dell'Osservatorio Astronomico di Bologna dell'INAF.

"La scoperta - continua Ferraro - non solo coincide con una nuova identificazione di BSS evoluta (nella cosiddetta fase di ramo orizzontale, quando la stella produce luminosita' convertendo elio in carbonio nel suo nucleo), ma apre anche una nuova frontiera per lo studio di questi oggetti, proponendo un metodo spettroscopico capace di riconoscere stelle piu' massicce in un mare di astri con luminosita' e colori del tutto equivalenti."

"La larga applicabilita' del metodo ad altri ammassi stellari promette di ottenere rapidamente grandi campioni di BSS evolute, permettendo finalmente uno studio sistematico di questi astri anche in fasi evolutive avanzate (finora completamente inesplorate)", conclude Emilio Lapenna, ricercatore UniBO co-autore della ricerca. "Questo permettera' di fornire nuovi stringenti vincoli ai modelli teorici che cercano di spiegarne l'origine e i processi evolutivi".

47 Tucanae visto dal Telescopio Spaziale Hubble.

L'ammasso globulare si trova nella costellazione del Tucano, e' situato a 15 mila anni luce da noi ed e' uno degli ammassi stellari piu' ricchi della Via Lattea. Ha un diametro di 120 anni luce e contiene circa un milione di stelle, con masse inferiori a quella del Sole. Si stima che nel cuore dell'ammasso, all'interno di un volume di lato pari a 1 anno luce, vi siano oltre 4000 stelle. 47 Tucanae e' visibile a occhio nudo nell'emisfero australe come una nebulosita' estesa quanto il disco della Luna.

Poiche' le abbondanze di tale elemento ottenute dalle due misurazioni devono concordare tra loro, la differenza tra i due valori puo' essere utilizzata per ricavare la massa della stella. La differenza tra le due abbondanze chimiche puo' essere quindi considerata come l'indice di una bilancia a due piatti: quando si sceglie il valore di massa corretto, l'indice punta sullo zero".

Due delle stelle "pesate" dalla bilancia cosmica

Due delle stelle di 47 Tucanae "pesate" dalla bilancia cosmica: nonostante siano indistinguibili dalle atre stelle d'ammasso in termini di luminosita' e colore, la stella di sinistra (indicata con la freccia blu) ha una massa doppia rispetto a quella di destra (freccia rossa).

Le osservazioni che hanno portato alla scoperta della bilancia cosmica sono state effettuate con lo spettrografo UVES-FLAMES installato presso il Very Large Telescope (VLT) dell'European Southern Observatory (ESO), situato in vetta al Cerro Paranal, nel nord del Cile. I dati sono stati acquisiti nell'ambito di un progetto molto piu' ampio (un ESO Large Program guidato dal prof. Ferraro) che mira alla determinazione delle velocita' radiali e delle abbondanze chimiche di centinaia di stelle in un campione di circa 30 ammassi globulari della nostra galassia. Il tempo di osservazione (quasi 200 ore) e' stato assegnato al progetto attraverso una selezione internazionale altamente competitiva.

Il Very Large Telescope dell'ESO

I quattro telescopi con specchi da 8.2m di diametro sulla cima del Cerro Paranal, in Cile.