Trovate prove che le nane bianche si trasformano in cristalli

Concetto artistico della cristallizzazione di una nana bianca (Immagine cortesia University of Warwick/Mark Garlick)
Concetto artistico della cristallizzazione di una nana bianca (Immagine cortesia University of Warwick/Mark Garlick)

Un articolo pubblicato su “Nature” riporta le prove che nelle nane bianche ossigeno e carbonio cristallizzano lentamente a partire dal nucleo. Un team di ricercatori ha utilizzato dati raccolti dalla sonda spaziale Gaia dell’ESA che includono distanza, luminosità e colore di centinaia di migliaia di nane bianche analizzando oltre 15.000 candidate entro i 300 anni luce di distanza dalla Terra per raccogliere le prove del processo di cristallizzazione. Si tratta della prima verifica di una predizione risalente all’inizio degli anni ’60.

Le nane bianche costituiscono la fase finale della vita di una stella di massa piccola e medio-piccola e ciò vuol dire anche del Sole. Dopo l’agonia della fase di gigante rossa, gli strati esterni vengono espulsi e il nucleo è ormai inerte perché incapace di sostenere ulteriormente la fusione nucleare di elementi come carbonio e ossigeno. Se la massa rimanente di un nucleo non rotante è inferiore a 1,44 masse solari il nucleo collassa ma a livelli ben lontani di quelli di una stella di neutroni: il volume finale di una nana bianca è paragonabile a quello della Terra mentre una stella di neutroni ha un raggio di una dozzina di chilometri.

Una nana bianca si raffredda nel corso di un tempo molto lungo e alla fine di quel processo diventa una nana nera, uno stadio teorico dato che non è stato ancora scoperto alcun oggetto neppure vicino ad essa. Gli scienziati stimano che ci vogliano miliardi di anni perché una nana bianca si raffreddi completamente e secondo questa nuova ricerca i tempi potrebbero essere perfino più lunghi. In sostanza, è possibile che in questo momento nessuna di esse abbia ancora raggiunto lo stadio finale di nana nera.

All’inizo degli anni ’60 diversi scienziati predissero che il raffreddamento di una nana bianca avrebbe portato a una sua cristallizzazione a partire dal nucleo a causa delle enormi pressioni che liberano elettroni dagli atomi lasciando nuclei carichi che sono in forma fluida fino a quando le temperatura scendono fino a 10 milioni di gradi permettendo la solidificazione in cristalli. Questo processo genera energia rallentando il raffreddamento con la conseguenza che dovrebbe esserci una concentrazione di nane bianche di certi colori e luminosità.

Nel corso del tempo sono stati effettuati diversi tentativi di trovare prove di questo processo di cristallizzazione ma non c’erano dati sufficienti, una situazione che è cambiata notevolmente. Nell’aprile 2018 l’ESA ha pubblicato la cosiddetta Data Release 2 (DR2) di Gaia, la sonda spaziale dell’ESA che sta mappando gli oggetti cosmici con una precisione senza precedenti, includendo centinaia di migliaia di nane bianche.

Finora la temperatura di una nana bianca è stata usata come indicatore della sua età perché gli astronomi ritenevano che il loro raffreddamento fosse molto regolare. I dati molto precisi raccolti dalla sonda spaziale Gaia indicano che c’è una concentrazione anomalo di nane bianche con caratteristiche di colore e luminosità che corrispondono alla fase in cui il calore dovrebbe essere rilasciato in modo abbondante. Ciò significa che c’è il previsto rallentamento della fase di raffreddamento, che può essere allungato anche di due miliardi di anni.

Il dottor Pier-Emmanuel Tremblay, della University of Warwick, primo autore della ricerca, ha spiegato che secondo il suo team l’energia viene generata perché l’ossigeno cristallizza e poi affonda nel nucleo, paragonando il processo alla sedimentazione del letto di un fiume. La conseguenza è che il carbonio viene spinto verso l’alto liberando energia gravitazionale. Ha anche fatto notare che prima della mappatura compiuta dalla sonda spaziale Gaia erano disponibili informazioni precise su distanza e luminosità di 100-200 nane bianche, ora ce ne sono su 200.000.

In sostanza, questo è proprio il tipo di ricerca che ha tratto enormi benefici dal lavoro della sonda spaziale Gaia, un fatto sottolineato da Timo Prusti, uno scienziato della missione Gaia all’ESA. Le informazioni ora disponibili hanno permesso di ricostruire il rapporto tra la massa delle nane bianche e il loro ritmo di raffreddamento, più rapido in quelle più massicce. Le più antiche sono probabilmente quasi completamente cristallizzate. Tutto ciò permetterà di misurare con maggior precisione l’età delle nane bianche e capire meglio il destino finale del Sole.

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