10/05/18

Le stelle si ammalano [6]. Stelle variabili, fortunate o attori di un’evoluzione parallela? **

Quelle che introduciamo in questo capitolo possono essere chiamate variabili, anche se in un modo molto particolare. Siamo, infatti, di fronte a stelle che variano completamente la loro vita futura, come se decidessero di ricominciare da capo. Un vero e proprio ringiovanimento o  -se volete- un cambiamento drastico di stile di vita.

Scoperte negli ammassi globulari, dove appaiono decisamente “diverse” dalle compagne, esse potrebbero essere ben più comuni di quanto si possa credere. Stelle dalla doppia vita, nascoste in mezzo a stelle normali. Un metodo, forse, per cercare di restare nella società stellare ben più a lungo del previsto. Come spesso capita, per ottenere certe magie è meglio essere in due, ma questo è un fatto piuttosto comune nell’Universo. Stiamo parlando delle “vagabonde blu” che finora nessuno aveva mai considerato “variabili”, ma che noi possiamo permetterci di fare in questa visione elementare della vita delle più importanti attrici del Cosmo.

Ricordate il film "Cocoon - L'energia dell'universo"? Per effetto di un potere alieno, alcuni simpatici “vecchietti” vengono completamente cambiati, ridiventando giovani e con una nuova vita davanti. Variabilità non come “malattia”, ma come "guarigione"  inattesa dei tanti acciacchi ormai considerati inevitabili.

Sintetizziamo il discorso con poche frasi  che ci aprono una visione del tutto “nuova” dell’evoluzione stellare: “La metà delle stelle del Cosmo sono binarie. La metà di queste sono estremamente vicine tra loro e possono scambiarsi materia. Ne segue che 25 stelle su 100 possono potenzialmente dare origine a una vagabonda blu, qualcosa che non può più essere considerato un caso fortuito e limitato a luoghi particolari.  In altre parole, non è più una semplice contaminazione di un processo completamente diverso e regolare. Essa stessa diventa un processo che potrebbe essere una via alternativa e altrettanto comune”. Ditemi se è poco...

I lettori più “vecchi” non si arrabbino: ho ripreso e modificato solo molto parzialmente un vecchio articolo che, a sua volta, ripropone una piccola parte del testo del libro che dà il nome al nostro “circolo”  (così -magari- invoglio qualche nuovo lettore a comprarlo… ). Tuttavia, richiamare e ricordare non fa mai male e potrebbe aiutarci a … ringiovanire!

Facciamo parlare direttamente una vagabonda blu… Lei ne sa molto di più di noi.

Noi stelle non siamo mai invidiose e accettiamo con serenità il nostro destino. Sappiamo ancora prima di nascere quanto riusciremo a vivere nella società “normale”, ossia lungo la sequenza principale che già ben conoscete. Se siamo troppo grandi facciamo una rapida comparsa riuscendo a produrre perfino il ferro e poi, dopo l’esplosione, anche gli elementi più pesanti. Se siamo di medie dimensioni ci limitiamo al carbonio e/o un po’ di ossigeno. Se siamo troppo piccole ci accontentiamo di starcene tranquille senza infamia e senza lode, magari per tempi comparabili a quelli dello stesso Universo.

Nessuna è gelosa delle altre compagne: ognuna sa che ha un ruolo importante nello spettacolo teatrale dell’Universo. Ragione per cui, non cerchiamo di essere -o mostrare di essere- quello che non siamo. Soprattutto, non facciamo assolutamente niente per sembrare più giovani di quanto dica la nostra età. Non abbiamo assolutamente paura di invecchiare e di lasciare al momento giusto la sequenza principale.

Tuttavia, anche nel Cosmo esistono luoghi simili ai vostri istituti di bellezza o di chirurgia plastica. Anzi, vere e proprie fontane della giovinezza! Io vivo proprio in uno di questi e sono una testimone diretta dell’estrema efficacia del  processo di ringiovanimento stellare. Sì, sono una vagabonda blu. La mia vita è stata molto avventurosa e complicata, ma, prima di raccontarvela, fatemi presentare la mia casa cosmica e i suoi abitanti.

Voi la chiamate ammasso globulare, e, in particolare, NGC 6752. Si trova a circa 13000 anni luce dal vostro Sole. In Fig. 1 vi mostro una sua immagine spettacolare, tanto per farvi capire la peculiarità della mia casa. Siamo in tante, vero?

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Figura 1

Ringiovanire le stelle non è certo la prima occupazione degli ammassi globulari, anzi è solo una conseguenza secondaria dell’estremo affollamento che vi regna sovrano. Essi contengono centinaia di migliaia di stelle e a volte raggiungono e superano il milione, racchiuse in uno spazio di qualche decina di anni luce.

Sono oggetti antichissimi, probabilmente le prime fabbriche stellari. Prendono il loro nome proprio a causa della loro forma simile a una sfera. Si sono probabilmente formati quando le galassie erano ancora tantissime e piccole e il loro gas veniva compresso dagli urti reciproci a un ritmo frenetico, dando al via a impressionanti gruppi di giovani stelle di ogni dimensione.

Gli ammassi globulari sono perciò composti da stelle formatesi quando nell’Universo c’era ben poco oltre l’idrogeno e l’elio, dato che le stelle in grado di formare e inseminare lo Spazio di elementi più pesanti erano ancora estremamente rare. In questo caso si dice, tecnicamente, che le stelle di un ammasso globulare sono di bassa metallicità, che vuole soltanto dire che contengono pochi elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio.

Spesso, voi le chiamate anche stelle di Popolazione II,  per separarle da quella di Popolazione I, più recenti, che contengono gli elementi pesanti costruiti proprio dalla Popolazione II. Il vostro Sole è un astro di Popolazione I, ad esempio. Le primissime stelle, quelle nate usando solo l’idrogeno e l’elio prodotto direttamente dal Big Bang, invece, non siete ancora riusciti a osservarle. Le chiamate di Popolazione III. Molte sono sicuramente morte (se così si può dire), ma altre devono ancora esistere.

Probabilmente, queste cose le sapete già. Tuttavia, non è mai male ripeterle…

E’ molto emozionante vivere in un ammasso globulare, anche se è formato soprattutto da stelle vecchie e decrepite.  Ve lo assicuro io che sono una stella che abita vicino al centro e che ha vissuto, anche senza volerlo, i vantaggi della “fontana della giovinezza” in prima persona, come vi racconterò in seguito.

Noi, abitanti di un ammasso globulare, ci sentiamo molto uniti e legati. Sarà perché condividiamo uno spazio ristretto e quindi dobbiamo saper convivere con i “vicini” o sarà perché siamo nati tutti assieme e quindi siamo praticamente coetanei, fatto sta che ognuno di noi  subisce gli effetti del compagno vicino o -ancor meglio- dell’insieme di tutti gli altri. In altre parole, siamo gli unici gruppi composti da numerosissime  stelle che rimangono legate tra loro dalla reciproca forza gravitazionale, anche dopo miliardi di anni di vita.

Non che manchino i problemi e gli svantaggi in un traffico così congestionato.  Lo spazio a disposizione è poco e gli abitanti estremamente numerosi. Benché il traffico sia regolato dalla legge universale della gravitazione (o se preferite della deformazione dello Spazio-Tempo), è impossibile che non avvengano spesso incontri ravvicinati molto pericolosi.

Oltre a eventuali veri scontri tra stelle (gli ammassi globulari sono gli unici posti dove  possono realmente accadere), le perturbazione reciproche sono all’ordine del giorno. Ad esempio, stelle doppie già evolute vengono spinte a unirsi tra loro, sveltendo il processo di trasformazione in stelle di neutroni o in buchi neri. Altri sistemi si dividono o magari catturano qualche terzo incomodo. Insomma, una continua tensione e una continua lotta per mantenere le posizioni acquisite. La vita non è mai monotona in un ammasso globulare, ve lo assicuro! E poi si possono formare stelle come me, le vagabonde blu, capaci di ringiovanire.

E’ giunta l’ora di raccontarvi la mia estrema fortuna, se così si vuol chiamare. Io vivevo tranquillamente in coppia con una stella più o meno grande come me. Eravamo vicine, ma non poi tanto e ci stavamo dirigendo piano piano verso l’uscita dalla sequenza principale. Ancora poco tempo e non avremmo più potuto mantenere l’equilibrio tra la forza di origine nucleare che spingeva verso l’esterno e la gravità che tendeva a comprimerci. Avremmo iniziato il nostro viaggio verso la fase di gigante rossa e poi, dopo qualche breve guizzo vitale, ci saremmo trasformate in nane bianche, creando fantastiche nebulose planetarie.

Era il nostro destino e, come già ribadito all’inizio di questa chiacchierata, lo accettavamo senza paura e gelosia. Eravamo nate tutte assieme e quindi avevamo già visto sparire dalla sequenza principale le nostre compagne più massicce. Prima o poi sarebbe toccato anche a noi: questa era la legge dell’evoluzione stellare. Aspettavamo tranquillamente che il nostro destino s’avverasse, quando una stella di passaggio, sicuramente senza volerlo, ci passò estremamente vicina, dandoci uno “strattone” gravitazionale fortissimo.

Ne uscimmo, a prima vista, indenni, ma ci accorgemmo ben presto che le nostre orbite attorno al baricentro del sistema non erano più le stesse. Ci stavamo avvicinando una all’altra, prima lentamente e poi sempre più rapidamente. Ognuna di noi sentiva ormai il calore della compagna e intuimmo che tra non molto ci saremmo fuse insieme. Paura? Stupore? Niente di tutto questo. Dopo aver passato una vita di coppia lunga e serena era in fondo un modo molto romantico per affrontare l’uscita dalla sequenza principale. E così accadde.

Improvvisamente, però, ci sentimmo (o sarebbe meglio dire mi sentii?) piene di nuovo vigore, calore e luminosità. Non ci volle molto a capire cos’era successo. Unendoci avevamo sommato le nostre masse e le nostre riserve di idrogeno. Eravamo diventate una stella più massiccia, più calda, più blu, più giovane! Avevamo guadagnato molti anni di vita, ci eravamo spostate lungo la sequenza principale, in luogo dove NON potevamo esistere data l’età dell’ammasso.

Infatti, le stelle più massicce che si erano trovate in quella posizione avevano ormai lasciato la loro strada “normale”, per dirigersi verso la fase di gigante e forse addirittura di nana bianca. Eravamo diventate una stella “anomala” per l’ammasso di cui facevamo parte. Una stella massiccia, calda, blu, che ancora sopravviveva malgrado avesse un’età uguale a quella delle stelle di uguale massa che erano già sparite dalla sequenza principale. L’incontro fortuito con quella stella un po’ distratta, che ci aveva costretto a fonderci insieme, aveva cambiato la nostra esistenza e ci aveva fatto ringiovanire!

Vedemmo la meraviglia nelle altre stelle che ci guardavano come mosche bianche, ma non vi era nessuna invidia. Da noi quella parola non esiste, come ben sapete. Presto, però, ci accorgemmo che non eravamo la sola stella ad aver bevuto alla fontana della giovinezza. Ve ne erano molte altre, anch’esse sistemate molto vicine a noi. Molte avevano condiviso la nostra avventura, altre si erano unite assieme direttamente, senza aver passato una vita in comune, costrette a scontrarsi per effetto di spintoni gravitazionali troppo violenti. Altre ancora, coppie con compagne di massa diversa, avevano seguito un percorso simile al nostro, ma ad un certo momento la più piccola aveva cominciato a ingoiare la materia della più grande. In questo modo era cresciuta in modo anomalo fino a ottenere una quantità di idrogeno sufficiente a farla rinascere a nuova vita. Insomma, piccole variazioni sul tema, ma il risultato era lo stesso.

Ero diventata una delle vagabonde blu del mio ammasso.

Vagabonde… perché vagabonde? In fondo, continuiamo a rivolvere attorno al centro dell’ammasso e siamo sempre legate gravitazionalmente l’una con le altre. In realtà, il nome “vagabonda” si riferisce al fatto che NON stiamo seguendo la traiettoria evolutiva di tutte le altre stelle dell’ammasso. Occupiamo una posizione anomala, fuori dalla rotta tracciata, e quindi… vagabonde.

La Fig. 2 riassume in breve quanto vi ho raccontato precedentemente.

Figura 2
Figura 2

La parte a sinistra mostra schematicamente la sequenza principale occupata dalle stelle durante la loro vita “normale”, o -se preferite- al momento della loro nascita effettiva. Come già ben sapete, in alto a sinistra vi sono le stelle più massicce, luminose e molto calde, di colore azzurro. In basso a destra le stelle più piccole e più fredde, di colore rosso-bruno. Anche le stelle del nostro ammasso, appena nate, si erano sistemate lungo quella linea, a seconda di quanto fossero massicce.

La parte mediana mostra cosa succede in un ammasso globulare, dopo un certo numero di miliardi di anni dalla nascita. L’andamento generale è molto diverso rispetto alla sequenza principale. Le stelle più massicce, vivendo molto meno, sono ormai sparite andando verso il loro destino. Anche quelle di media grandezza hanno lasciato la sequenza e sono andate a occupare la linea verso destra che le ha portate o le sta portando verso la fase di gigante rossa e poi a quella di nana bianca.

La parte a destra mostra dove ci troviamo noi. Come vedete, nettamente fuori dalla traiettoria che stanno seguendo le sorelle dell’ammasso in funzione della loro massa. Vere e proprie vagabonde!

Noi, malgrado la cura di ringiovanimento di alcune fortunate come me, siamo ormai molto vecchie e non possiamo più vedere nascere nuove creature tra di noi, dato che tutto il gas se ne è andato molto tempo fa e quello rilasciato dalle stelle arrivate alla fine della loro vita “normale” non basta di certo.

Nel frattempo, eccovi in Fig. 3 una bella immagine del diagramma evolutivo di un tipico ammasso globulare, dove siamo ben presenti anche noi vagabonde blu.

Figura 3
Figura 3

Lasciamo il racconto e spingiamoci un passo in avanti. Le vagabonde blu possano essere molto importanti anche per misurare l’età evolutiva di un certo ammasso globulare.

Nati così tanti miliardi di anni fa, possono essere ancora giovani nel loro aspetto. In altre parole, un organismo fatto di vecchie cellule può ancora muoversi e agire come uno giovane. Negli uomini non è facile valutare questa “apparente” età biologica. Per gli ammassi si è scoperto un orologio quasi perfetto. Ancora una volta dobbiamo dire grazie alle vagabonde blu.

Sappiamo già bene quale meccanismo usino per sembrare più giovani della loro vera età. E’ invece una novità ciò che esse possono dirci sull’età biologica dell’ammasso di cui fanno parte. Niente da fare, sono stelle che non vogliono invecchiare e nemmeno fare invecchiare l’organismo che le ospita!

E’ bastato il telescopio da 2.2 m dell’ESO con l’aiuto di Hubble e di altri grandi telescopi terrestri per permettere a un gruppo di studiosi di smascherare l’abilità delle vagabonde blu.  Sono proprio loro che permettono di valutare l’età evolutiva dell’ammasso, indipendentemente dalla vera età anagrafica.

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Alcuni ammassi studiati per vedere la distribuzione delle vagabonde blu. In alto: M 4 (ESO), Omega Cen (ESO), M 80 (Hubble); in mezzo: M 53 (Hubble), NGC 6752 (Hubble), M 13 (Hubble); in basso: M 4 (Hubble), NGC 288 (Hubble), 47 Tuc (Hubble) Fonte: M 4: ESO. Omega Cen: ESO/INAF-VST/OmegaCAM.; M 80: The Hubble Heritage Team(AURA/STScI/NASA/ESA); M 53: ESA/Hubble & NASA; NGC 6752:ESA/Hubble & NASA; M 13: NASA, ESA, e the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); M 4: ESA/Hubble & NASA; NGC 288: ESA/Hubble & NASA; 47 Tuc:NASA, ESA, e G. Meylan (École Polytechnique Federale de Lausanne).

Da un punto di visto teorico, gli ammassi dovrebbero essere formati solo da stelle molto vecchie, tutte di età simile. Che poi qualcuna sia ancora luminosa e altre già spente dipende solo dalla loro massa. In altre parole, gli ammassi dovrebbero essere oggetti estremamente simili tra loro, in grado di splendere grazie alle stelle meno massicce e più longeve. Sarebbe ben difficile capire se sono più o meno in forma.

In queste condizioni, le vagabonde blu diventano oggetti estremamente utili. Esse, infatti, sono sia molto massicce che molto luminose e si differenziano da altri oggetti simili dell’ammasso. Ad esempio, le giganti rosse le uguagliano come luminosità, ma hanno una massa minore. Oltretutto il loro colore è diverso, dato che non possono nascondere l’età e tendono al rosso, mentre le “vagabonde” brillano nel blu come fossero realmente giovani. Vi sono, poi, stelle di pari massa, ma con tutti gli anni che sono passati (e senza contributi esterni di carburante) sono già diventate stelle di neutroni. Per massicce che siano, sono ben difficili da osservare se non in particolari lunghezze d’onda.

Perché siamo tanto interessati alla loro massa e alla loro luminosità? Presto detto. La grande massa fa sì che esse tendano a “cadere” verso il centro dell’ammasso. La loro luminosità, invece, le rende visibili anche con “normali” telescopi.

I ricercatori hanno, allora, cercato di vedere come si distribuivano all’interno di 21 ammassi globulari. Alcuni di questi sono apparsi giovani malgrado la loro età anagrafica. Perché giovani? Perché le vagabonde blu sono ancora distribuite all’interno dell’ammasso, un po’ dappertutto. Altri gruppi, invece, appaiono molto più vecchi, dato che le vagabonde blu sono già concentrate verso il centro. Un certo numero di ammassi mostra invece una situazione intermedia: alcune vagabonde sono ormai vicine al centro, ma altre rivolvono ancora a un distanza non indifferente dal nucleo centrale.

In parole povere, ogni ammasso mostra un’età evolutiva diversa da quella di un altro. Età evolutiva in termini soprattutto di evoluzione dinamica. Quelle apparentemente più vecchie sono ormai molto vicine al collasso del nucleo centrale che diventa sempre più denso, fino a trasformarsi -forse- in un enorme buco nero. Probabilmente ciò avverrà nel giro di poche centinaia di milioni di anni. Quelli apparentemente più giovani subiranno il collasso tra moltissimo tempo, forse varie volte l’età attuale dell’Universo. Che cosa regola questo diverso stato evolutivo? Potrei dirvi, come per gli uomini, lo stile di vita. In realtà, trattandosi di stelle, è più giusto dire il loro numero, la densità per parsec cubico, la velocità di rivoluzione delle stelle, ecc.

Qui potete vedere una bellissima simulazione:

Bene, a questo punto possiamo dire di conoscere molto bene le vagabonde blu, le loro caratteristiche e la loro utilità. Abbiamo anche detto che il metodo di formazione può essere abbastanza diverso e dipendere essenzialmente dalla confusione che regna nell’ammasso. Ed ecco una nuova, recente, scoperta.

Cosa succederebbe se il processo formativo non fosse così profondamente legato al caos della loro città, ma essenzialmente alla vicinanza di due stelle? Proprio quello che avevamo accennato all’inizio… Se così fosse, il fatto di appartenere a un ammasso non sarebbe troppo importante (o almeno accrescerebbe solo un po’ il numero di vagabonde).

In fondo, esse sono state trovate negli ammassi solo perché in questi luoghi erano decisamente ben rilevabili. Dato che le stelle devono avere tutte la stessa età, saltano subito all’occhio gli oggetti anomali che si trovano dove non ci dovrebbero più essere. Ben più difficile sarebbe, invece, scoprirle in zone qualsiasi. Chi ci direbbe mai se una stella blu è nata così o lo è diventata attraverso il ringiovanimento? In altre parole, non potremmo sapere che strada evolutiva l’ha portata in quelle condizioni.

Tuttavia, nel caso che il ringiovanimento fosse dovuto SOPRATTUTTO alla struttura stessa della coppia (coppia molto stretta) si potrebbe sperare di vedere la compagna… Se essa si trovasse e se fosse ormai allo stremo, spremuta dalla compagna fino al massimo, si potrebbe dire che il ringiovanimento è azione “normale” e non tipica degli ammassi (come è accaduto a 49 Lib che sembra ringiovanita di ben dieci miliardi di anni grazie ad una generosa compagna!). A questo punto, visto il numero enorme di stelle doppie strette, le vagabonde blu diventerebbero una linea evolutiva comune nell’Universo e aprirebbero nuovi scenari eccezionali di studio. Le vagabonde blu sarebbero traccianti galattici e mille altre cose...

Avere o non avere una compagna diventa quindi un punto fondamentale, che trasporta il fenomeno della vagabonda blu al di fuori degli ammassi e lo rende una traccia evolutiva non certo atipica o strettamente legata al caos. Il vero problema si riduce, perciò, alla scoperta della compagna. Finora, le vagabonde blu sembravano oggetti isolati e -forse- nemmeno si cercava di andare nei dettagli: erano già abbastanza interessanti per vari motivi.  Hubble, il grande insostituibile “vecchio”, si è messo, perciò, gli occhiali giusti ed è riuscito a vedere questi residui attraverso la luce ultravioletta. Si sono scoperte le “donatrici”!

Esse hanno regalato la giovinezza alle compagne, diventate vagabonde blu, quando erano delle giganti rosse. Ma ora sono diventate delle piccole e quasi invisibili nane bianche. Le vagabonde blu studiate erano veramente accompagnate dalle nane bianche che le avevano ridato la vita!

La sequela dei passi seguiti nella ricerca è veramente interessante, oltre che semplice. Gli studiosi hanno stabilito che l’oggetto da studiare era un sistema doppio attraverso osservazioni spettroscopiche; la luminosità e il colore lo hanno poi rilevato come vagabonda blu; guardando bene si è anche vista la nana bianca nell’ultravioletto.

Magnifico! Inoltre, la scoperta pone dei limiti temporali ancora più importanti e indicativi. Una nana bianca ancora così luminosa non può essere molto vecchia. Al più 300 milioni di anni. In poche parole, le vagabonde blu studiate dovrebbero essere solo la "punta dell’iceberg”, dato che si devono essere formate da poco, praticamente “ieri”!  Riuscendo a vedere nane bianche più scure chissà quante se ne troveranno… Hubble passa il testimone...

Nuovi e più potenti strumenti daranno, forse, il via a una vita parallela delle stelle. Evviva le vagabonde blu! Un nuovo tipo di variabili, ben lontane dall’essere “malate”.

Radio… telescopi hanno aggiunto una caratteristica tutta da verificare… sembra che queste stelle azzurre ripetano un continuo ritornello: “…Io, vagabonda che son io, vagabonda che non sono altro…. Ma -forse- dipende solo dal fatto che a me sono sempre piaciuti i Nomadi…

Nella figura che segue, già proposta nel capitolo precedente, inseriamo, perciò, anche se in modo poco rigoroso, le nostre vagabonde, considerandole "variabili", ossia capaci di "variare" la propria età.

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QUI tutti gli articoli finora scritti sulla rappresentazione dell'evoluzione stellare tramite il diagramma HR

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