La comprensione delle stelle nane bianche, i resti estinti di stelle simili al nostro Sole, è stata arricchita da recenti osservazioni. Questi corpi celesti, che testimoniano l'evoluzione delle stelle, rivelano processi inaspettati di accrescimento della materia. Un team internazionale di astronomi, guidato da ricercatori dell'Osservatorio di Armagh e dell'University College di Londra, ha evidenziato una caratteristica unica su una nana bianca chiamata WD 0816-310: una cicatrice metallica sulla sua superficie, risultato dell'ingestione di detriti planetari. Questa scoperta è stata pubblicata in Lettere del diario astrofisicoEvidenzia l'influenza del campo magnetico della stella su questo fenomeno e fornisce nuove prospettive sulla fine della vita dei sistemi planetari e sulla formazione degli esopianeti. Offre anche un modo innovativo per studiare i materiali che compongono gli esopianeti.

Una nana bianca con una cicatrice cosmica rivelatrice

Le nane bianche rappresentano lo stadio finale nell'evoluzione delle stelle di media massa, come il nostro Sole. Avendo bruciato tutto l’idrogeno e poi l’elio, queste stelle non possono più sostenere reazioni nucleari nei loro nuclei. Ciò li fa collassare sotto la loro stessa gravità. Questo processo produce oggetti molto densi e compatti, la cui gravità superficiale è enorme. Questa intensa forza gravitazionale consente loro di attrarre e raccogliere materiale dai corpi celesti vicini, come i pianeti. O anche asteroidi che si avvicinano troppo. L'elevata densità e temperatura di queste stelle residue favorisce il verificarsi di fenomeni fisici unici. In particolare, la capacità di fare letteralmente a pezzi questi oggetti prima di fonderli nella loro stessa struttura.

WD 0816-310, una nana bianca situata a circa 63 anni luce dalla Terra, fornisce un esempio lampante di questo processo. Gli astronomi hanno scoperto un'area ricca di minerali sulla sua superficie, che forma quella che sembra una cicatrice minerale scura. Questa caratteristica insolita è il risultato diretto dell'essere stato inghiottito da una porzione di pianeta, molto probabilmente un asteroide o un pezzo di pianeta, che si è avvicinato troppo alla stella. L'accumulo di questi materiali minerali sulla nana bianca non è uniforme, ma piuttosto concentrato in un'area specifica, creando un'impronta distintiva.

Questa cicatrice minerale non è solo la prova dell'attività cannibalistica della stella, ma rivela anche preziose informazioni sulla composizione dei corpi celesti che formavano il suo antico sistema planetario. Fornisce quindi una visione unica dei processi cosmici che si verificano durante la fase finale della vita di una stella.

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Il ruolo principale del campo magnetico della nana bianca

« È noto che alcune nane bianche – che raffreddano lentamente le braci di stelle come il nostro Sole – disintegrano parti dei loro sistemi planetari. Ora abbiamo scoperto che il campo magnetico della stella gioca un ruolo chiave in questo processo, provocando una cicatrice sulla superficie della nana bianca. », Lui spiega Stefano Pagnolo, astronomo dell'Osservatorio e Planetario di Armagh in Irlanda del Nord, Regno Unito, è l'autore principale dello studio.

Il campo magnetico di una stella, infatti, gioca un ruolo fondamentale nel modo in cui questa interagisce con il suo ambiente. Nel caso di WD 0816-310, l’effetto del suo campo magnetico sul processo di accrescimento della materia è particolarmente evidente. Contrariamente alla distribuzione omogenea dei materiali assorbiti, che ci si potrebbe logicamente aspettare data la distribuzione isotropa della gravità, i minerali in WD 0816-310 sono localizzati in una regione distinta. Questa caratteristica indica una complessa interazione tra il materiale accumulato e il campo magnetico della stella.

Infatti, invece di essere sparsi su tutta la superficie della stella, i detriti metallici vengono diretti e concentrati verso il polo magnetico. Quindi crea una cicatrice visibile. Questa concentrazione specifica indica che il campo magnetico agisce come un canale. Dirige il flusso di materiale verso un'area mirata della superficie della stella, arricchendola di minerali specifici. Questo processo è simile a come si formano le aurore sulla Terra e su Giove.

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Una cicatrice rivela l'ambiente della nana bianca

Per raggiungere queste conclusioni, il team ha utilizzato lo strumento “Swiss Army Knife” sul Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio Europeo Australe (ESO), situato nel deserto di Atacama in Cile. Questo è uno spettrometro FORS2. Ciò ha permesso loro di rilevare la cicatrice metallica e di collegarla al campo magnetico della stella. Questo strumento è in grado di dividere la luce emessa dalle stelle in uno spettro. Pertanto, rivela la presenza di diversi elementi chimici.

Bagnolo spiega: “ L'ESO ha una combinazione unica di capacità necessarie per osservare oggetti deboli come le nane bianche e misurare con sensibilità i campi magnetici stellari. Nel loro studio, il team si è basato anche sui dati di archivio dell'X-shooter del VLT per confermare i loro risultati.

Dirigendo i detriti verso il polo, il campo magnetico influenza la composizione chimica dell'area interessata. Questo accrescimento localizzato fornisce preziosi indizi sulla natura degli oggetti in orbita attorno alla stella prima della sua distruzione. Tradizionalmente, la composizione degli esopianeti viene stimata indirettamente. I ricercatori utilizzano un’analisi dello spettro della loro luce mentre passa davanti alla stella ospite. Tuttavia, lo studio del materiale accumulato sulle nane bianche come WD 0816-310 consente un approccio più diretto e concreto.

Guy Friehe dell'University College di Londra dice: Abbiamo dimostrato che questi minerali provengono da un frammento planetario grande quanto o più grande di Vesta, che ha un diametro di circa 500 chilometri ed è il secondo asteroide più grande del sistema solare. ».

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Ridefinire la dinamica dei sistemi planetari

Questa scoperta ha anche profonde implicazioni per la nostra comprensione delle dinamiche dei sistemi planetari alla fine della vita. Le interazioni tra le stelle nane bianche e i resti dei loro sistemi planetari sono più complesse e organizzate di quanto si pensasse in precedenza. Soprattutto attraverso il ruolo modificante dei campi magnetici. Questa comprensione arricchisce la nostra visione dell’evoluzione stellare e planetaria.

Anche dopo la fase principale della vita di una stella, i sistemi planetari continuano ad evolversi dinamicamente. I dettagli di queste interazioni forniscono preziose informazioni sul destino finale del nostro sistema solare. Ma anche su miliardi di altri sistemi planetari sparsi nella galassia.

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Fonti. Pagnolo et al., “Rilevazione dell'accrescimento di metalli diretti magneticamente su una nana bianca inquinata“, The Astrophysical Journal Letters (2024).