Gli astronomi si sintonizzano sulla musica di una stella e fanno scoperta sorprendente

Analizzando le sottili vibrazioni stellari, i ricercatori che utilizzano il Keck Planet Finder hanno scoperto strutture interne nascoste che sfidano i modelli di lunga data.

Gli astronomi che utilizzano l’Osservatorio WM Keck su Maunakea, nell’isola di Hawaii, hanno ascoltato la musica di una stella vicina, scoprendo sorprese che scuotono la nostra comprensione di come funzionano le stelle.

Lo studio ha utilizzato l’ultimo strumento all’avanguardia del Keck Observatory, il Keck Planet Finder (KFP), per rilevare le oscillazioni che si increspano attraverso una stella.

I risultati, pubblicati oggi su The Astrophysical Journal, aprono una nuova finestra all’interno di stelle che un tempo si pensava troppo tranquille per essere sondate.

Una sinfonia stellare

Anche se non possiamo sentirle direttamente con le nostre orecchie, le stelle non tacciono. Come strumenti musicali, le stelle risuonano con frequenze naturali che gli astronomi possono “sentire” con gli strumenti giusti.

Questo campo di ricerca, noto come astrosismologia, consente agli scienziati di utilizzare queste frequenze per sondare l’interno delle stelle, proprio come i terremoti aiutano gli scienziati a conoscere l’interno della Terra.

“Le vibrazioni di una stella sono come il suo canto unico”, ha detto Yaguang Li, autore principale e ricercatore presso l’Università delle Hawaii a Mānoa.

“Ascoltando queste oscillazioni, possiamo determinare con precisione quanto è massiccia una stella, quanto è grande e quanti anni ha”.

Fino ad ora, i “canti stellari” erano stati per lo più registrati da stelle più calde del Sole, utilizzando telescopi spaziali della NASA come Kepler e TESS. Ma le oscillazioni di HD 219134 – una stella più fredda, di colore arancione a soli 21 anni luce di distanza – sono troppo sottili per essere rilevate utilizzando le variazioni di luminosità che vengono sondate dai telescopi spaziali.

Lo strumento KPF dell’Osservatorio Keck misura con precisione il movimento della superficie stellare verso e lontano dall’osservatore.

Per quattro notti consecutive, il team ha utilizzato KPF per raccogliere oltre 2.000 misurazioni ultra-precise della velocità della stella, consentendo loro di catturare le vibrazioni della stella in azione.

Questa è la prima inferenza astrosismica dell’età e del raggio di una stella fredda utilizzando KPF.

“La modalità di lettura rapida di KPF lo rende perfettamente adatto per rilevare oscillazioni in stelle fredde”, ha aggiunto Li, “ed è l’unico spettrografo su Mauna Kea attualmente in grado di fare questo tipo di scoperta”.

Una capsula del tempo di 10 miliardi di anni fa

Utilizzando le oscillazioni rilevate in HD 219134, il team ha determinato che la sua età è di 10,2 miliardi di anni, più del doppio dell’età del nostro Sole. Questo la rende una delle più antiche stelle di sequenza principale con un’età determinata utilizzando l’astrosismologia.

Questa misurazione è più di una semplice curiosità: ha importanti implicazioni per il modo in cui comprendiamo l’invecchiamento stellare.

Gli astronomi usano un metodo chiamato girocronologia per stimare l’età stellare in base alla velocità con cui ruotano.

Le giovani stelle ruotano rapidamente, ma rallentano gradualmente man mano che perdono il momento angolare nel tempo, proprio come le trottole che si snodano.

Ma qualcosa di curioso accade con stelle come HD 219134: il loro spin-down sembra bloccarsi in età avanzata.

La nuova età astrosismica consente agli scienziati di ancorare i modelli alla vecchia estremità della linea temporale stellare, aiutando a perfezionare il modo in cui stimiamo l’età di innumerevoli altre stelle.

“È come trovare un diapason perduto da tempo per gli orologi stellari”, ha detto il dottor Yaguang Li. “Ci dà un punto di riferimento per calibrare il modo in cui le stelle ruotano verso il basso nel corso di miliardi di anni”.

Un puzzle a misura di stella

Sorprendentemente, il team ha anche scoperto che la 219134 HD appare più piccola del previsto. Mentre altre misurazioni con l’interferometria – una tecnica che misura le dimensioni di una stella osservandola con più telescopi – hanno dato un raggio di circa il 4% più grande, la misurazione astrosismica suggerisce una stella più compatta.

Questa differenza è sconcertante e sfida le ipotesi nella modellazione stellare, specialmente per le stelle più fredde come HD 219134. Se la discrepanza sia dovuta a effetti atmosferici non riconosciuti, campi magnetici o problemi di modellazione più profondi rimane una questione aperta.

La stella HD 219134 non è sola: ospita una famiglia di almeno cinque pianeti, tra cui due mondi rocciosi delle dimensioni di una super-Terra che transitano sulla faccia della stella.

Con una misurazione più precisa delle dimensioni della stella, il team è stato in grado di perfezionare le dimensioni e le densità di questi pianeti. I loro valori aggiornati confermano che questi mondi hanno probabilmente composizioni simili alla Terra, con superfici solide e rocciose.

Suoni stellari e ricerca della vita

Strumenti come il Keck Planet Finder consentiranno di misurare altre stelle come HD 219134, che diventeranno il fulcro della ricerca di vita su altri pianeti nei prossimi decenni utilizzando le future missioni della NASA come l’Habitable Worlds Observatory.

“Quando troveremo la vita su un altro pianeta, vorremo sapere quanti anni ha quella vita”, ha detto il dottor Daniel Huber, coautore dello studio. “Ascoltare i suoni della sua stella ci dirà la risposta”.

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