Spin può dire l'età di una stella

Gli astronomi hanno alcuni strumenti per studiare le stelle che consentono loro di capire le età relative, come osservare le loro temperature e luminosità. In generale, le stelle rossastre e arancioni sono più vecchie e più fredde, mentre le stelle bianche bluastre sono più calde e più giovani. Stelle come il Sole possono essere considerate "di mezza età" poiché le loro età si trovano da qualche parte tra i loro anziani rossi freddi e i loro fratelli più giovani caldi. La regola generale è che stelle più calde e molto più massicce, come mostrano le stelle bluastre in questa immagine, probabilmente vivranno vite più brevi. Ma quali indizi esistono per dire agli astronomi quanto dureranno quelle vite?

Questa regione dello spazio contiene stelle giovani molto calde. Per quanto tempo vivono e come muoiono raccontano molto sui cicli di vita delle stelle attraverso il cosmo. La stella molto massiccia R136a1 si trova in questa regione di formazione stellare nella Grande nuvola di Magellano (una galassia vicina alla Via Lattea). NASA / ESA / STScI

C'è uno strumento estremamente utile che gli astronomi possono usare per capire secoli di stelle che si legano direttamente a quanti anni ha la stella. Usa la velocità di rotazione di una stella (ovvero la velocità con cui gira sul suo asse). A quanto pare, le velocità di rotazione stellare rallentano con l'invecchiamento delle stelle. Questo fatto ha incuriosito un team di ricerca presso Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian, guidato dall'astronomo Soren Meibom. Decisero di costruire un orologio in grado di misurare i giri stellari e quindi determinare l'età della stella.

Perché è importante conoscere l'età di una stella?

Essere in grado di raccontare l'età delle stelle è la base per capire come i fenomeni astronomici che coinvolgono le stelle e i loro compagni si svolgono nel tempo. Conoscere l'età di una stella è importante per molte ragioni legate ai tassi di formazione stellare nelle galassie e alla formazione di pianeti. 

Il concetto dell'artista di un disco protoplanetario attorno a una stella appena formata. NASA

È anche particolarmente rilevante per la ricerca di segni di vita aliena al di fuori del nostro sistema solare. La vita sulla Terra ha impiegato molto tempo per raggiungere la complessità che troviamo oggi. Con un accurato orologio stellare, gli astronomi possono identificare le stelle con pianeti vecchi quanto il nostro Sole o più vecchi.

La rotazione di una stella racconta la storia

La velocità di rotazione di una stella dipende dalla sua età perché rallenta costantemente con il passare del tempo, come se una rotazione in alto su un tavolo rallentasse dopo pochi minuti. La rotazione di una stella dipende anche dalla sua massa. Gli astronomi hanno scoperto che le stelle più grandi e più pesanti tendono a girare più velocemente di quelle più piccole e più leggere. Esiste una stretta relazione matematica tra massa, rotazione ed età. Misura i primi due ed è relativamente facile calcolare il terzo.

Un'impressione artistica di una stella nana bianca in orbita con pulsar PSR J2222-0137. Potrebbe essere il nano bianco più freddo e più scuro mai identificato. La velocità di rotazione di questa stella fornisce agli astronomi indizi sul suo processo di invecchiamento. B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Questo metodo è stato proposto per la prima volta nel 2003 dall'astronomo Sydney Barnes del Leibniz Institute for Physics in Germania. Si chiama "girocronologia" dalle parole greche giroscopi (rotazione), chronos (tempo / età) e loghi (studia). Affinché le età della girocronologia siano accurate e precise, gli astronomi devono calibrare i loro nuovi orologi stellari misurando i periodi di rotazione delle stelle con età e masse note. Meibom e i suoi colleghi avevano precedentemente studiato un gruppo di stelle di miliardi di anni. Questo nuovo studio esamina le stelle nel cluster di 2,5 miliardi di anni noto come NGC 6819, estendendo così in modo significativo la fascia di età.

Misurare la rotazione di una stella non è un compito facile. Nessuno può dire solo guardando una stella quanto velocemente sta girando. Quindi, gli astronomi cercano cambiamenti nella sua luminosità causati da punti scuri sulla sua superficie, l'equivalente stellare delle macchie solari. Questi fanno parte della normale attività del Sole e possono essere monitorati proprio come fanno gli Starpot. A differenza del nostro Sole, tuttavia, una stella distante è un punto di luce irrisolto. Quindi, gli astronomi non possono vedere direttamente una macchia solare attraversare il disco stellare. Invece, osservano che la stella si attenua leggermente quando appare una macchia solare e si illumina di nuovo quando la macchia solare ruota fuori dalla vista.

Questi cambiamenti sono molto difficili da misurare perché una stella tipica si attenua di molto meno dell'1 percento. E il tempo è un problema. Per il Sole, possono volerci giorni perché una macchia solare attraversi il viso della stella. Lo stesso vale per le stelle con stelle stellari. Alcuni scienziati lo hanno aggirato usando i dati della caccia al pianeta della NASA Kepler veicolo spaziale, che ha fornito misurazioni precise e continue di luminosità stellare.

Una squadra ha esaminato più stelle che pesavano dall'80 al 140 percento tanto quanto il Sole. Sono stati in grado di misurare i giri di 30 stelle con periodi che vanno dai 4 ai 23 giorni, rispetto all'attuale periodo di rotazione di 26 giorni del Sole. Le otto stelle in NGC 6819 più simili al Sole hanno un periodo di rotazione medio di 18,2 giorni, il che implica fortemente che il periodo del Sole aveva circa quel valore quando aveva 2,5 miliardi di anni (circa 2 miliardi di anni fa).

Il team ha quindi valutato diversi modelli di computer esistenti che calcolano le velocità di rotazione delle stelle, in base alle loro masse ed età, e ha determinato quale modello corrispondeva meglio alle loro osservazioni.

Fatti veloci

• La velocità di centrifuga aiuta gli astronomi a determinare informazioni sull'età e l'evoluzione di una stella.
• I ricercatori studiano continuamente le frequenze di rotazione per capire come i diversi tipi di stelle cambiano nel tempo.
• Il nostro Sole, come altre stelle, ruota sul suo asse.