Sembrano stelle antichissime, ma la loro massa le fa apparire molto più giovani: qual è la loro vera età?
Uno studio guidato da Ellen Leitinger dell’Università di Bologna, con la partecipazione di altri ricercatori dell’Ateneo e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, ha usato l’asterosismologia per studiare stelle ricche di azoto nella Via Lattea. Molte hanno masse incompatibili con una normale evoluzione in antichi ammassi globulari: la loro origine resta un puzzle
Gli ammassi globulari sono sistemi densi e molto antichi che quasi sempre ospitano popolazioni stellari multiple. Alcune delle loro stelle mostrano una caratteristica impronta chimica: sono arricchite di azoto, sodio e alluminio e impoverite di carbonio, ossigeno e magnesio. La stessa impronta è stata osservata in alcune stelle isolate nella Via Lattea. L’ipotesi naturale è che provengano da ammassi globulari dissolti. Il nuovo studio mette però alla prova questa interpretazione usando un indicatore indipendente dalla composizione chimica: la massa.
Per misurarla, i ricercatori hanno studiato le oscillazioni naturali delle stelle. Poiché, in una normale evoluzione da stella singola, le stelle nate più massicce evolvono più rapidamente, dalla massa è possibile risalire anche alla loro età.
“La composizione chimica suggeriva un’origine negli ammassi globulari”, spiega Ellen Leitinger, prima autrice dello studio. “La massa, però, indica che per molte di queste stelle la storia è stata più complessa”.
Il team ha combinato tre tipi di osservazioni: le variazioni di luminosità misurate dal satellite Kepler, la composizione chimica ricavata da APOGEE e i movimenti delle stelle osservati da Gaia. Su 133 stelle analizzate, 20 sono risultate ricche di azoto; per 13 è stato possibile stimare con affidabilità la massa e, assumendo una normale evoluzione da stella singola, anche l’età.
Credits photo: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, Early Release Observation programme by D. Massari
“L’asterosismologia ci permette di misurare la massa attuale di queste stelle, mentre l’età non viene misurata direttamente: viene stimata confrontando la massa e lo stato evolutivo con modelli di stelle singole”, spiega Andrea Miglio, professore al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi", tra gli autori dello studio. “Se però una stella ha avuto una storia evolutiva più complessa, questa stima può risultare fuorviante”.
Il risultato è sorprendente: tra le 13 stelle ricche di azoto con stime affidabili, al massimo tre sono abbastanza antiche da essere compatibili con un’origine in ammassi globulari. Per le altre, la massa misurata corrisponderebbe, in un modello di evoluzione da stella singola, a un’età troppo giovane rispetto a quella attesa.
L’origine resta quindi aperta. Alcune stelle potrebbero aver acquisito massa da una compagna o essere il prodotto della fusione di due stelle. Le interazioni binarie potrebbero inoltre aver contribuito alle peculiarità chimiche osservate.
“Le nuove campagne di osservazione spettroscopica, come 4MOST e WEAVE, potranno fornirci molte altre candidate”, commenta Angela Bragaglia dell’INAF-OAS Bologna, “in modo da poter allargare il campione studiato”.
“Questa scoperta è particolarmente importante perché si ritiene che una frazione rilevante delle stelle della Via Lattea provenga da ammassi globulari dissolti”, conclude Davide Massari dell’INAF-OAS Bologna. “I nostri risultati indicano che questo contributo potrebbe essere più limitato di quanto finora ritenuto”.
Ora la sfida è leggere nelle stelle le tracce della loro storia. L’asterosismologia potrà cercare, nella struttura interna e nella rotazione, i segni lasciati da antichi trasferimenti di massa o fusioni stellari.
Le future missioni spaziali offriranno nuove opportunità: PLATO permetterà di estendere l’analisi a un numero molto maggiore di stelle, mentre la proposta ESA HAYDN, guidata da Andrea Miglio, potrebbe applicare queste misure asterosismiche direttamente all’interno degli ammassi globulari. Il confronto tra stelle isolate e stelle ancora ospitate negli ammassi potrà chiarire se una stessa firma chimica nasconda origini ed evoluzioni molto diverse.
Lo studio è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics con il titolo “Not all nitrogen-rich field stars originate from globular clusters” ed è stato segnalato anche da Nature Astronomy in un Research Highlight dedicato. Per l’Università di Bologna hanno partecipato Ellen Leitinger, Andrea Miglio, Walter van Rossem, Alessandro Mazzi e Jeppe Thomsen.