Gli astronomi scoprono intensi campi magnetici nelle profondità delle giganti rosse

Per la prima volta gli astronomi hanno studiato i campi magnetici delle misteriose regioni interne stellari. Utilizzando una tecnica chiamata asterosismologia, che fa uso delle onde acustiche generate dalla turbolenza sulla superficie delle stelle per determinarne le loro proprietà interne, gli scienziati hanno trovato che i nuclei a fusione termonucleare delle giganti rosse, stelle che sono versioni evolute del nostro Sole, sono fortemente magnetizzati. La scoperta aiuterà gli astronomi a capire meglio l’evoluzione delle stelle.

Artistic representation (not to scale) of a red giant star with strong internal magnetic fields. Waves propagating through the star become trapped within the stellar core when a strong magnetic field is present, producing a "magnetic greenhouse effect" that reduces the observed amplitude of stellar pulsations. Credit: Rafael A. García (SAp CEA), Kyle Augustson (HAO), Jim Fuller (Caltech) & Gabriel Pérez (SMM, IAC), Photograph from AIA/SDO
Rappresentazione artistica (non in scala) di una gigante rossa con forti campi magnetici interni. Le onde che si propagano attraverso la stella vengono intrappolate dentro il nucleo stellare quando vi è presente un campo magnetico intenso, generando così un “effetto serra magnetico” che riduce l’ampiezza osservata delle pulsazioni stellari.
Credit: Rafael A. García (SAp CEA), Kyle Augustson (HAO), Jim Fuller (Caltech) & Gabriel Pérez (SMM, IAC), Fotografia da AIA/SDO

Tramite l’utilizzo di una tecnica senza precedenti nota come asterosismologia, gli scienziati sono stati in grado di quantificare la forza dei campi magnetici nei nuclei in cui avviene la fusione termonucleare di dozzine di giganti rosse.

“In un modo analogo a quello in cui un ultrasuono in campo medico sfrutta le onde sonore per creare una immagine dell’interno del corpo umano, l’asterosismologia utilizza onde sonore generate dalla turbolenza superficiale delle stelle per studiarne le loro proprietà interne,” dice il ricercatore postdoc del Caltech Jim Fuller, che ha co-condotto questa nuova ricerca.

Le scoperte, pubblicate nel volume di Science del 23 Ottobre 2015, aiuteranno gli astronomi a capire meglio la vita e la morte delle stelle. I campi magnetici molto probabilmente determinano il tasso di rotazione interno delle stelle; questo tasso di rotazione ha conseguenze importanti sul modo in cui le stelle evolvono.

Fino ad ora, gli astronomi sono stati in grado di studiare i campi magnetici stellari solo in superficie, e hanno dovuto utilizzare modelli generati con supercomputer per simulare i campi magnetici nei nuclei, dove il processo di fusione nucleare avviene. “Non sappiamo ancora come appare il centro del nostro Sole,” dice Fuller.

Le giganti rosse hanno una struttura fisica differente dalle cosiddette stelle di sequenza principale come ad esempio il nostro Sole — una struttura che rende queste stelle ideali per fare asterosismologia (un campo di ricerca che è nato nel 1962 al Caltech, quando il fisico ed astronomo Robert Leighton scoprì le oscillazioni solari utilizzando i telescopi solari al Mount Wilson). I nuclei delle giganti rosse sono molto più densi di quelli di stelle più giovani. Come conseguenza, le onde sonore non rimbalzano indietro quando incontrano il nucleo, come avviene in stelle come il nostro Sole. Invece, le onde sonore vengono transformate in altri tipi di onde, dette onde di gravità.
“Risulta che le onde di gravità che osserviamo nelle giganti rosse si propagano da tutte le direzioni verso il centro di queste stelle,” dice il secondo co-autore del lavoro, Matteo Cantiello, uno specialista in astrofisica stellare da UC Santa Barbara’s Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP).

Questa conversione da onde sonore ad onde di gravità ha conseguenze importanti per le minuscole variazioni di forma, anche note come oscillazioni, a cui le giganti rosse sono soggette. “In base alla dimensione della stella e alla sua struttura interna, la stella oscilla in modi differenti,” dice Fuller. In una forma tra quelle osservate, conosciuta come modo di dipolo, un emisfero della stella diventa più luminoso, mentre l’altro diventa più scuro. Gli astronomi osservano queste oscillazioni in una stella misurando come la luce da essa emessa vari al passare del tempo.

Quando forti campi magnetici sono presenti nel nucleo stellare, i campi possono distruggere la propagazione delle onde di gravità, facendo si che le onde perdano energia e vengano intrappolate dentro il nucleo. Fuller ed i suoi co-autori hanno coniato il termine “effetto serra magnetico” per descrivere questo fenomeno poichè funziona in modo analogo all’effetto serra sulla Terra, in cui i gas serra nell’atmosfera facilitano l’intrappolamento del calore proveniente dal Sole. Le onde di gravità intrappolate dentro la gigante rossa fanno si che parte dell’energia dell’oscillazione della stella venga perduta, ed il risultato è un modo di dipolo più piccolo di quanto ci si aspetta altrimenti.

Nel 2013, il telescopio spaziale NASA Kepler, che ha misurato le variazioni di luminosità stellare con una precisione incredibilmente elevata, ha rilevato modi di dipolo smorzati in diverse giganti rosse. Dennis Stello, un astronomo dell’Università di Sydney, ha portato queste osservazioni all’attenzione di Fuller e Cantiello. Lavorando in collaborazione con il direttore del KITP Lars Bildsten e Rafael Garcia dell’Alternative Energies e Atomic Energy Commission francese, gli scienziati hanno mostrato che l’effetto serra magnetico era la più probabile spiegazione per questo smorzamento dei modi di dipolo nelle giganti rosse. I loro calcoli hanno mostrato che i campi magnetici interni di alcune giganti rosse sono circa 10 milioni di volte più forti di quello terrestre.

“Questo risultato è molto importante, dal momento che i campi magnetici hanno un ruolo fondamentale nell’evoluzione e negli ultimi stadi di vita delle stelle,” dice il professore di Astrofisica Teorica Sterl Phinney, ufficiale esecutivo del Caltech per l’astronomia.

Una maggiore comprensione dei campi magnetici interni delle stelle potrebbe anche aiutare a porre un dibattito sull’origine di potenti campi magnetici sulla superficie di alcune stelle di neutroni e nane bianche, due classi di corpi stellari che si formano quando le stelle muoiono.

“I campi magnetici che sono stati trovati nei nuclei delle giganti rosse sono paragonabili a quelli di nane bianche fortemente magnetizzate,” dice Phinney. “Il fatto che solo alcune delle giganti rosse mostrino soppressione di modi di dipolo, che è indice di forti campi magnetici nel nucleo, potrebbe essere ben correlato al motivo per cui solo alcune stelle lasciano dietro di sè dopo la loro morte residui con forti campi magnetici.

La tecnica asterosismica utilizzata dal team di ricercatori per studiare le giganti rosse probabilmente non funzionerebbe con il nostro Sole. “Tuttavia,” dice Fuller, “le oscillazioni stellari offrono il miglior modo di comprendere come le stelle siano costituite internamente, per cui probabilmente ci dovremo aspettare altre sorprese.”

L’articolo originale è reperibile QUI.
L’articolo scientifico è pubblicato su Science.
La versione di prestampa elettronica è disponibile QUI.

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8 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Excusez-moi Enrico, sarebbe utile capire come la trasmissione nel mezzo stellare di onde acustiche si possa trasformare in onde gravitazionali. Ovvero le onde gravitazionali sono legate alla propagazione di un campo di variazione della gravità locale della massa stellare? Grazie per la risposta.

  2. Ciao @Ares1973, la domanda è più che legittima.

    Le onde di gravità si propagano solo nelle zone radiative stellari, e sono caratterizzate da moti di tipo non puramente radiale, cioè hanno sempre una componente che è perpendicolare alla direzione radiale dentro la stella. Sono causate dallo spostamento di plasma che avviene quando una bolla con una certa densità e temperatura viene trascinata verso il basso a causa della forza di gravità. Non sono da confondere con le onde gravitazionali, ancora non direttamente rivelate, che invece sono causate dalle variazioni di curvatura dello spazio-tempo.

    Quando dunque le onde acustiche giungono nella zona radiativa, possono accoppiarsi alle onde di gravità, dando luogo a delle oscillazioni di tipo misto, che si comportano cioè come onde di gravità nella zona radiativa e come onde di pressione (acustiche) nella zona esterna convettiva. Il vantaggio di queste onde miste è che possiamo osservarle in superficie, dove invece le onde di gravità pure non possono arrivare, e dunque ci permettono di studiare le zone radiative interne poichè ne trasportano le proprietà che le caratterizzano.
    L'accoppiamento tra onde di gravità ed onde acustiche avviene grazie al fatto che nelle giganti rosse, questi due tipi di onde hanno frequenze molto vicine fra loro.

    Spero di aver risposto alla tua domanda.
    Se hai altre domande ovviamente chiedi pure!

  3. Citazione Originariamente Scritto da Enrico Corsaro Visualizza Messaggio
    Spero di aver risposto alla tua domanda.
    Se hai altre domande ovviamente chiedi pure!
    Chiaro, preciso ed esaustivo. PS: Uno scienziato in famiglia fa sempre comodo

  4. Come avevo preannunciato mesi fa a @Red Hanuman, QUI trovate l'articolo su Nature relativo alla parte osservativa che ha portato a questa scoperta.

    In realtà c'è da dire che ci sono diverse difficoltà nell'accettare questi lavori e già dall'uscita dell'articolo su Science sono iniziati diversi dibattiti che coinvolgono anche me nella questione. In diversi non sono convinti delle conclusioni proposte e di fatto io stesso nutro delle perplessità. C'è comunque parecchio lavoro in corso per supportare o disprovare la teoria proposta.