Una spiegazione al mistero delle stelle circondate da polvere di ferro

Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astophysical Journal Letters” riporta lo studio di stelle circondate da polvere di ferro nella Grande Nube di Magellano, una delle galassie nane satelliti della Via Lattea. Un team di ricercatori guidato da Ester Marini, dottoranda dell’Università “Roma Tre” di Roma e associata all’Istituto nazionale di astrofisica (INAF) che include altri ricercatori italiani ha usato dati raccolti dal telescopio spaziale Spitzer della NASA per esaminare queste stelle che sono in una fase della loro vita in cui perdono i loro strati esterni. Normalmente, quel tipo di stelle è circondato da silicati e l’anomalia è interessante perché le polveri sono importanti nella formazione di nuove stelle e anche pianeti.

Nella fase finale della loro vita, le stelle di massa media e piccola diventano giganti rosse a causa dell’espansione dei loro strati esterni. Allo stesso tempo il nucleo comincia ad attraversare una serie di fasi di collasso che causa un aumento di temperatura e la fusione dell’elio e di elementi più pesanti fino a un punto che dipende dalla massa. Quando la massa è tra 0,5 e 10 volte quella del Sole possono attraversare una fase conosciuta come ramo asintotico delle giganti (in inglese asymptotic giant branch, AGB) in cui perdono buona parte della loro massa quando gli strati più esterni vengono espulsi.

Gli involucri circumstellari formati dalla massa espulsa da queste stelle favoriscono la formazione di grandi quantità di polvere che viene proiettata nello spazio proprio come il gas degli involucri. Tutti questi materiali potranno essere utilizzati in altri sistemi stellari di nuova formazione, anche da nuovi pianeti. I meccanismi di evoluzione stellare e di formazione delle polveri non sono ancora del tutto conosciuti e la Grande Nube di Magellano è oggetto di molte ricerche perché è una delle galassie nane più vicine alla Via Lattea.

Il team di Ester Marini ha analizzato dati raccolti usando il telescopio spaziale Spitzer della NASA su stelle della Grande Nube di Magellano nella fase AGB trovando emissioni infrarosse che non potevano essere spiegate con la presenza di polveri di silicati, che secondo i modelli attuali dovrebbero costituire il tipo dominante di polveri in quel tipo di stelle. Lo sviluppo di modelli teorici ha permesso di spiegare quelle emissioni con la presenza dominante di polvere di ferro in stelle con massa circa cinque volte quella del Sole e un’età di circa 100 milioni di anni.

L’immagine (Aladin-software in Spitzer colors per la Grande Nube di Magellano; JAXA per la rappresentazione artistica di una stella nella fase AGB) mostra la Grande Nube di Magellano e nel riquadro lo spettro infrarosso nella linea nera continua della stella SSID 4486 confrontato con quello calcolato tramite modelli teorici di una stella AGB di cinque masse solari nella linea rossa continua circondata da materiali composti per il 70% da polvere di ferro. La linea verde tratteggiata mostra lo spettro teorico dello stesso modelli senza la presenza di polvere di ferro. Sotto gli spettri c’è una rappresentazione artistica di una stella nella fase AGB che sta espellendo materiali nello spazio interstellare.

Ester Marini ha sottolineato il fatto che il suo team ha caratterizzato per la prima volta una classe di stelle con proprietà spettrali uniche. Si tratta di stelle a bassa metallicità, cioè con una bassa percentuale di elementi diversi da idrogeno ed elio, nelle quali si instaurano le condizioni necessarie perché il ferro diventi il tipo di polvere presente in quantità maggiori. I processi di fusione all’interno di quelle stelle in fase AGB sono talmente efficienti da consumare la maggior parte del magnesio e dell’ossigeno sulla loro superficie perciò non si possono formare i silicati che in genere formano lo strato esterno.

Paolo Ventura dell’INAF, uno degli autori di questa ricerca, ha spiegato che è la prima volta che una spiegazione teorica viene fornita per la presenza di polvere di ferro. Il gruppo da lui coordinato collabora con l’Istituto di astrofisica delle Canarie per studiare l’impatto che il gas e la polvere rilasciate dalle stelle AGB hanno sul mezzo interstellare.

Questa ricerca offre una soluzione al mistero della presenza di polvere di ferro attorno a stelle nella fase AGB. Anch’essa potrà avvantaggiarsi delle osservazioni che potranno essere condotto con il telescopio spaziale James Webb quando verrà finalmente lanciato, secondo i programmi attuali nel 2021, dato che permetterà di osservare molte più stelle nella fase AGB in varie galassie.

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