04/11/20

Record stellari (5): La supergigante gialla più grande

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ESSERE O NON ESSERE... SUPERGIGANTI?

(Articolo pubblicato il 14/3/2014)

E' stato raggiunto un record per la nostra galassia: è stata individuata la stella supergigante gialla più grande mai osservata, un vero mostro, almeno come dimensioni. Oltretutto non è nemmeno sola. I parametri che la caratterizzano sono impressionanti, ma vorrei inquadrarla un po’ meglio all’interno della grande famiglia stellare, dato che regna sempre un po’ di confusione tra giganti e supergiganti.

Devo ammettere che non si fa mai troppa chiarezza sulla famiglia delle stelle di dimensioni gigantesche. Spesso si usa la parola supergigante a sproposito o -quantomeno- viene utilizzata senza specificare bene di che supergigante si tratti. Poi, si legge, magari, che vi sono supergiganti di tipo spettrale uguale a quello del Sole e qualcuno potrebbe pensare che -come conseguenza- il Sole diventi una supergigante. Tuttavia, poco dopo, ci si accorge che ci si riferisce a stelle con  massa decine di volte quella della nostra stella. Accidenti, ma allora sono proprio nate giganti e... perché hanno il nostro tipo spettrale? Insomma, una bella confusione che, a volte, dipende proprio da una classificazione “professionale” che non aiuta certo a fare chiarezza.

Dove sta il problema di fondo? Nel fatto che le stelle si separano in nane, giganti, supergiganti e - anche - ipergiganti sulla base del loro diametro (soprattutto) senza fare riferimento alla loro storia evolutiva. In altre parole, a volte, guardando il diagramma HR (Hertzsprung-Russell), si commette l’errore di considerare l’ordinata (sovente la luminosità) come equivalente alla massa. Ciò è vero quando si parla di sequenza principale, ma non ha più grande senso quando si discute di stelle fuori sequenza.  Se, più correttamente, si analizza la storia evolutiva di oggetti anche più piccoli del Sole (come massa) si arriva sempre alle giganti (spesso chiamate anche supergiganti), che, però, hanno i diametri legati a situazioni molto passeggere della loro fase finale. Riassumendo: masse iniziali diverse possono portare,  temporaneamente, a stelle di diametro comparabile.

Per chi ha letto il libro “Il Gioco delle Stelle” (o qualcosa del genere), le relazioni tra diametro, massa e storia evolutiva sono un argomento ben conosciuto. Il diagramma HR, infatti, regala molte più informazioni di quanto sembri a prima vista. D’altra parte le grandezze fondamentali, quali la massa e le sue figlie temperatura e luminosità, ma anche il raggio, seguono regole abbastanza complicate.  Si capisce, perciò, che più si va verso l’alto del diagramma e più la storia evolutiva e le dimensioni diventano aleatorie o intricate.

Una constatazione di massima: fino a stelle di poco superiori alla massa solare, il viaggio fuori sequenza principale segue un percorso abbastanza ben descrivibile. Le stelle devono faticare non poco per riuscire a innescare il bruciamento dell’elio e quindi da un lato si espandono e dall’altro diventano più luminose in un gioco d’equilibrio che riuscirà a portarle al flash dell’elio, ossia al momento critico in cui sperano di essere tornate a vivere normalmente. Cercano di raggiungere nuovamente la sequenza principale, ma, in breve, si accorgono che l’elio non basta più e che non ha certo la durata del buon vecchio idrogeno. Provano di nuovo a compiere il lavoro di prima per innescare il bruciamento del carbonio. Niente da fare, la stella diventa instabile e collassa in nana bianca. Tuttavia, in quest'ultimo sforzo di cambiamento, le dimensioni sono diventate mostruose, inserendo la stella agonizzante nella regione delle giganti, se non addirittura delle supergiganti, quella classe che definisce le stelle solo attraverso le loro dimensioni e non attraverso la loro storia evolutiva.

Può venire utile la Fig. 1, che avevo già usato nel libro, e che riporto più o meno simile qui di seguito. E’ il solito diagramma HR, ma, come vedete, vi sono anche inserite delle linee verdi  che definiscono il raggio raggiunto dalla stella.

Fig.1
Figura 1

Si intuisce abbastanza bene che le stelle di piccola massa, come il Sole, fanno di tutto per arrivare a diametri molto grandi, durante i loro tentativi di contrazione gravitazionale del nucleo più interno e di espansione degli strati esterni. Per tempi brevissimi, diventano veramente piccoli mostri.

Tuttavia, teniamo presente che, sia se dovuto a questi inutili tentativi di sopravvivenza, sia se per nascita, raggiungere o mantenere diametri enormi è SEMPRE un fenomeno di breve durata.

Vediamo il diagramma HR nella Fig. 2, dove sono state riportate solo le classi di grandezza (a sinistra). A destra, invece, vediamo lo stesso diagramma in cui si sono segnare alcune tracce evolutive per masse di partenza diverse. Risulta abbastanza chiara la confusione che regna nella zona delle supergiganti. In quella regione del diagramma, giungono le stelle che partono da masse enormi, decine di volte quelle del Sole, ma anche stelle meno prepotenti e viene addirittura sfiorata da stelle di tipo solare o poco più. Un punto di ritrovo stellare molto caotico, un vero e proprio bar del porto!

Fig.2
Figura 2

Si incontrano personaggi di tutte le specie e di tutte le provenienze. Si fermano un attimo e poi di nuovo verso il loro destino. Chi, però, conosce bene quei luoghi, riesce a riconoscere i giovani alla loro prima esperienza e i vecchi lupi di mare. Basta uno sguardo. Le supergiganti rosse più grandi provengono da stelle massicce che non hanno avuto grandi problemi a tentare di sopravvivere. Loro hanno innescato il bruciamento dell’elio senza bisogno di alcun “flash”! Le è bastato uscire dalla sequenza principale. Nel loro movimento verso la fase di supergigante rossa passano tranquillamente (si fa per dire) attraverso tutti i colori, anche il giallo. E  lo fanno più volte, avanti e indietro, dato che non si accontentano solo del carbonio. Diventano proprio supergiganti gialle come quella  a cui si riferisce la “news” che ha dato origine a questa chiacchierata.

Non illudiamoci troppo, però. Di questi lupi di mare capaci di bruciare un po’ di tutto, fino al ferro, non ve ne sono tanti. Oltretutto la fase gialla è di brevissima durata, come è in fondo tutta la loro vita: un lavoro titanico e una vita spericolata, ma rapidissima, al più qualche decina di milioni di anni. Altro che i miliardi del Sole. A volte, si vedono anche supergiganti blu, molto calde, che non sono nate così, ma che assumono quel colore fantastico in una brevissima fase, alla fine della loro vita. Cercando di tornare verso la sequenza principale (ma vi sono mai state veramente? hanno mai avuto una vera casa?) superano verso sinistra perfino il punto di partenza. E così si mischiano alle supergiganti blu che sono nate come tali, con una massa ancora maggiore. Siamo al limite superiore del diagramma. Non ha nemmeno più senso parlare di fase stabile e di fuori sequenza: una vita sempre avventurosa e fuori da regole scritte.

Oltretutto, credete che sia facile tenere tutta quella massa attorno a sé? No di certo e più una stella nasce grande e più fa in fretta a perderla, durante le sue fasi di espansione e contrazione. In questo caos, possiamo solo dire, con una certa sicurezza, che le dimensioni più grandi sono raggiunte da stelle massicce nella loro fase di massima espansione, ossia di supergigante rossa, quando si avvicinano alla zona che ammette raggi dell’ordine dei mille diametri solari. Ancora più confusa è la fase limite, quella delle ipergiganti. Per loro è normale perdere massa a ritmo incredibile e non sanno nemmeno chi siano realmente e che fine faranno (alcune diventano delle vere e proprie "artiste" mentre donano all'Universo la loro massa... vedi, per esempio, le Wolf-Rayet oppure questa gigante rossa che sembra innaffiare il prato del Cosmo).

Torniamo alla nostra stella supergigante gialla. Essa non è estremamente massiccia, forse anche meno di venti masse solari, e, quindi, dovrebbe limitare il suo raggio massimo a non più di 5-700 volte quello del Sole. E, invece, vuole vivere da vero lupo di mare e raggiunge ben 1300 raggi solari, estendendosi fino all’orbita di Giove. Ricordiamo che oggetti “residenti” fin dall’inizio nella parte alta del diagramma non hanno solo grande massa e grandi dimensioni, ma hanno anche una luminosità veramente incredibile. La nostra supergialla si trova a 12000 anni luce, eppure riesce quasi a vedersi a occhio nudo.

Sicuramente, le caratteristiche che ne fanno oggi  la supergigante gialla più grande della Via Lattea  e la inseriscono tra le dieci più grandi stelle in assoluto (ma non la più grande, dato che questo primato spetta a una supergigante rossa), sono probabilmente dovute, in parte, a una compagna che l’assiste da vicino. Talmente vicina che praticamente formano un'unica stella dalla forma allungata, come mostra la Fig. 3. La chiamano a “nocciolina americana”, io preferisco riferirmi ai sistemi doppi a contatto che si incontrano tra gli oggetti celesti più piccoli osservabili nel cielo: gli asteroidi NEA. Tanto per richiamare la scala dell’Universo e la ripetizione costante di certe strutture dal micro al macro Cosmo.

Fig.3
Figura 3. La supergigante gialla HR 5171 A in una rappresentazione artistica. Fonte ESO.

Non è nemmeno chiaro come finirà la nostra supergigante: la sua vita evolutiva ha molti lati oscuri, che si sono già evidenziati in passato (si osserva da sessant’anni) attraverso variazioni improvvise e continue. Una stella ben conosciuta, ma che non si pensava certo fosse una tale gigante.

Articolo originale QUI

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