La cristallizzazione delle nane bianche: un fenomeno astrofisico inedito
Le nane bianche rappresentano l’ultima fase evolutiva di stelle di massa inferiore alle otto masse solari, tra cui il nostro Sole. Questi corpi celesti, dopo aver esaurito le riserve di idrogeno ed elio, non sono più in grado di sostenere reazioni termonucleari e collassano sotto la propria forza di gravità. La pressione degli elettroni diviene l’unico sostegno contro l’inevitabile collasso gravitazionale, mentre la stella inizia un lento processo di raffreddamento che la porterà al completo spegnimento. Durante questa fase, il plasma denso che costituisce la nana bianca tende a cristallizzarsi, solidificando la stella dall’interno verso l’esterno. Un recente studio pubblicato su Nature ha però evidenziato un comportamento anomalo in alcune di queste stelle, che sembrano mantenere una luminosità costante per periodi molto più lunghi del previsto.
Un’anomalia nel raffreddamento delle nane bianche
Il satellite europeo Gaia ha rilevato una popolazione di nane bianche il cui raffreddamento sembrava essersi arrestato oltre otto miliardi di anni fa. Questo ha portato Sihao Cheng dell’Università di Princeton e il suo team a ipotizzare l’esistenza di una fonte di energia supplementare che ne rallentasse il raffreddamento. La spiegazione proposta dal gruppo di ricerca suggerisce che, durante il processo di cristallizzazione, si attivi un meccanismo di distillazione solido-liquido che porta alla separazione delle impurità più pesanti dalla fase solida. In pratica, alcuni cristalli solidi densi formati nel plasma denso non si limitano a solidificarsi, ma iniziano a galleggiare verso la superficie della stella. Questo movimento provoca uno spostamento del liquido più pesante verso il centro della stella, generando un trasporto convettivo che libera energia gravitazionale, sufficiente a interrompere il raffreddamento della nana bianca per miliardi di anni.
Un fenomeno astrofisico senza precedenti
«L’interpretazione che abbiamo proposto spiega tutte le proprietà osservate nell’insolita popolazione di nane bianche», afferma Antoine Bédard dell’Università di Warwick, primo autore dello studio. «È la prima volta che questo meccanismo di trasporto viene osservato in qualsiasi tipo di stella, il che è entusiasmante: non capita tutti i giorni di scoprire un fenomeno astrofisico completamente nuovo».
La ragione per cui questo fenomeno si verifica solo in alcune stelle potrebbe essere ricondotta alla composizione chimica della stella stessa. Alcune nane bianche, infatti, si formano dalla fusione di due stelle diverse, il che potrebbe influenzare gli elementi presenti al loro interno.
«Un aspetto affascinante di questa scoperta è che la fisica coinvolta è simile a qualcosa che osserviamo nella vita quotidiana: i cristalli solidificati all’interno della nana bianca galleggiano invece di affondare. Potremmo paragonare il loro comportamento a quello dei cubetti di ghiaccio che galleggiano nell’acqua», sottolinea Cheng.
La scoperta di questo raffreddamento ritardato nelle nane bianche potrebbe avere implicazioni significative per la comprensione dell’età delle popolazioni stellari e, di conseguenza, per la ricostruzione del percorso di formazione della nostra galassia.