Discesa nel cuore d’ossigeno d’una nana bianca

Noemi Giammichele, prima autrice dello studio su Kic 08626021 pubblicato su Nature

Nell’improbabile eventualità che, fra qualche miliardo di anni, un nostro discendente abbia l’opportunità di calarsi nel cuore di ciò che sarà rimasto del Sole, l’ambiente che incontrerà – temperatura a parte – potrebbe avere qualcosa in comune con quello di certe camere iperbariche: quasi tutto ossigeno. Temperatura a parte, dicevamo. Già, perché ciò che resta di una stella simile al Sole quando giunge al termine del suo percorso evolutivo è una stella piccola, ultra-densa e caldissima: una nana bianca. Ed è proprio studiando la composizione di Kic 08626021, una nana bianca che si trova a circa 1375 anni luce da noi, in direzione delle costellazioni del Cigno e della Lira, che si è scoperto come la massa del suo nucleo sia costituita per ben l’86 per cento da ossigeno.

Il risultato, pubblicato oggi su Nature, è stato ottenuto da un team di astrofisici guidato da una scienziata d’origine italo-francese, Noemi Giammichele, ricercatrice all’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (Irap) del Cnrs francese e all’Université de Montréal. «Nata in Italia da mamma francese e papà italiano», racconta di sé Giammichele a Media Inaf, «mi sono fissata con la Nasa dopo aver visto il film Apollo 13. E ciò ha fatto sì che, quando ho avuto 18 anni, andassi a studiare alla McGill University, a Montréal. Il Canada mi è piaciuto cosi tanto che poi ho scelto di continuare qui tutti i miei studi».

Ecco, a proposito di studi: che stella è questa che avete messo sotto la lente?

«Kic 08626021 è una nana bianca pulsante, con un’atmosfera a elio (come il 20 per cento delle nane bianche) e una temperatura di circa 30mila gradi. È una stella che ha trascorso più di 8 milioni di anni nella fase nana bianca. Per quanto riguardo la taglia, è una nana bianca tipica, grande più o meno come la Terra però con una massa vicina a quella del Sole (0.57 masse solari): si tratta infatti di oggetti molto compatti, con densità elevatissime».

Rappresentazione artistica dell’interno di una nana bianca. Crediti: Insu

Di che ingredienti è fatta, a partire dagli strati più esterni?

«Nel nostro studio abbiamo ottenuto i profili di composizione chimica di tutti gli elementi sospettati di essere presenti. Una nana bianca è il residuo del cuore di una gigante rossa, e come tale mostra di avere una sottile atmosfera di elio, che essendo l’elemento più leggero presente nella stella galleggia in superficie, visto che la densità è enorme. Avvolta in quest’atmosfera è presente una zona dove c’è ancora una mistura di elio, di carbonio e un po’ di ossigeno, e al di sotto c’è un cuore composto di carbonio e di ossigeno».

Dal vostro studio emerge che la massa di questo nucleo è costituita il larghissima parte – per ben l’86 per cento – da ossigeno. In che stato si trova? E come mai ce n’è così tanto?

«Il cuore è ancora allo stato gassoso, e come in tutte le nane bianche non ci sono più reazione nucleari. La nana bianca è il fossile della vita passata di una stella come il nostro Sole. Per questo è interessante studiarle. Tramite le pulsazioni di queste nane bianche, che si propagano fino al loro cuore, abbiamo una piccola finestra aperta sul loro interno. Questa finestra ci indica che i processi che creano questo cuore di ossigeno e carbonio – reazioni nucleari che trasformano l’elio, convezione, eccetera – nelle vite passate della stella devono essere stati più efficaci, per produrre quella quantità di ossigeno».

È una “ricetta” comune a tutte le nane bianche, o questa è particolare?

«Il 20 per cento delle nane bianche ha un’atmosfera ricca in elio, mentre la grande maggioranza (il restante 80 per cento) ha ancora un sottile strato di idrogeno che le ricopre. Quel 20 per cento delle nane bianche come Kic 08626021 segue una fase evolutiva leggermente diversa, dove l’idrogeno viene bruciato in una violenta combustione, poco prima di diventare una nana bianca. A parità di massa, però, secondo le teorie attuali il nucleo stellare dovrebbe essere lo stesso in tutte le nane bianche. Ecco allora che diventa di grande importanza continuare ad analizzare altre nane bianche pulsanti per poter convalidare queste teorie».

Le pulsazioni di una stella generano vibrazioni che, a volte, si propagano sino al cuore della stella stessa, come in questo caso avviene per la nana bianca Kic 08626021. Le modalità di vibrazione (a destra) sono il riflesso della struttura interna delle stelle. Crediti: Stéphane Charpinet, Insu

In che modo siete riusciti a indagarne l’interno, quando riusciamo a fatica a immaginare come possa essere fatto il nucleo della Terra?

«La tecnica utilizzata si chiama astrosismologia, ed è comparabile alla tecnica che i geologi adoperano per indagare l’interno della Terra. Utilizziamo le pulsazioni che si propagano all’interno della stella, durante una fase instabile delle nane bianche, come i geologi si servono delle onde sismiche dei terremoti. Queste pulsazioni si osservano tramite variazione di luminosità della stella, che possiamo percepire con una grandissima precisione con il telescopio spaziale Kepler, che ha osservato lo stesso campo per circa due anni, dandoci osservazione di ottima qualità. Il nostro risultato più importante è però essere riusciti a realizzare un nuovo modello matematico del nucleo della nana bianca, in grado di riprodurre – per la prima volta in assoluto – le pulsazioni con la stessa precisione delle osservazioni».


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Fonte: Discesa nel cuore d’ossigeno d’una nana bianca