Scoperta una nana bianca che si raffredda più lentamente: ecco una possibile spiegazione

Perchè alcune nane bianche si raffreddano più lentamente? Ecco le possibili risposte fornite da alcuni studi scientifici

Quando stelle come il Sole raggiungono la fine della loro vita, tutto ciò che rimane di loro è una nana bianca. Si tratta del nucleo nudo e rimpicciolito della stella, non più capace di fusione nucleare. Brilla, ma solo con il calore residuo, raffreddandosi lentamente per miliardi di anni fino a quando non è completamente freddo e buio. Ma non tutte le nane bianche si raffreddano allo stesso modo. L’anno scorso, gli astronomi hanno scoperto che un certo tipo di nane bianche massicce si raffredda più lentamente di altri, come se ricessero il calore da un’ulteriore fonte misteriosa. Gli scienziati stanno lavorando alacremente già da diversi anni per capire quale sia l’origine misteriosa di questa fonte di calore.

In futuro un gran numero di stelle diventerà una nana bianca

La maggior parte delle stelle che si trovano nella galassia della Via Lattea e che hanno una massa inferiore a circa otto volte la massa del Sole, sono destinate a diventare nane bianche. Le stelle di questa massa, avendo esaurito l’idrogeno e l’elio per fondersi, non hanno una pressione sufficiente per accendere il carbonio che rimane. Espellono il loro materiale esterno e il nucleo si contrae in una sfera delle dimensioni pressochè simili a quelle del nostro pianeta. Questa sfera delle dimensioni della Terra, costituita principalmente da carbonio e ossigeno, è incredibilmente densa, la più massiccia fino a circa 1,4 volte la massa del Sole. Solo qualcosa chiamato pressione di degenerazione elettronica, una pressione verso l’esterno generata dall’incapacità di elettroni con lo stesso spin di occupare lo stesso stato, impedisce al nucleo di collassare del tutto.

Individuata una nana bianca che si raffredda più lentamente

Poiché sono così densi, con una superficie così piccola, impiegano molto tempo a perdere calore. Una volta che il nucleo di una nana bianca ha smesso di contrarsi, può superare temperature di circa 100.000 Kelvin (circa 100.000 gradi Celsius e 180.000 gradi Fahrenheit). Gli astronomi pensano che non sia passato abbastanza tempo dall’inizio dell’Universo per vedere una nana bianca completamente fredda. Ma le cosiddette nane bianche del ramo Q, che costituiscono circa il 6% delle enormi nane bianche, si raffreddano anche più lentamente di così. Secondo uno studio del 2019 guidato dall’astronomo Sihao Cheng della Johns Hopkins University, questa piccola frazione di nane bianche mostra un ritardo di raffreddamento di circa 8 miliardi di anni, rispetto ad altre nane bianche.

Cosa si è scoperto

Cheng e il suo team hanno suggerito che un isotopo di neon, il neon-22, che si trova in piccole quantità in alcune stelle nane bianche, potrebbe essere responsabile del riscaldamento extra. Nelle nane bianche con nuclei di carbonio-ossigeno, il 22Ne affonderebbe verso la parte centrale fornendo così un’ulteriore fonte di calore. Ma secondo un team di astronomi guidato da Matt Caplan dell’Illinois State University, questa ipotesi non sarebbe confermata. Lo studio ha messo in atto simulazioni di dinamica molecolare e diagrammi di fase per studiare a fondo questo fenomeno.

Sebbene la velocità di sedimentazione dai singoli cristalli sia probabilmente troppo lenta per produrre il riscaldamento osservato, il raggruppamento 22Ne potrebbe potenzialmente accelerare il processo. Anche questo, però, secondo lo studio di Caplan non sarebbe plausibile. Nelle simulazioni, hanno scoperto che i microcristalli di 22Ne in un liquido di carbonio e ossigeno ai rapporti trovati nelle nane bianche sono sempre instabili. Ci sono solo due opzioni: o la miscela è così calda che il cristallo si scioglie e il neon si dissolve nel liquido, oppure l’intera miscela si congela. Non esiste alternativa a tutto ciò. Anche quando la miscela è al di sotto del punto di fusione del neon, ma al di sopra del punto di fusione del carbonio e dell’ossigeno, il neon si dissolve.

Il team ha quindi utilizzato i diagrammi di fase, un grafico che mostra gli stati fisici di una sostanza in un intervallo di temperature e pressioni, per calcolare la quantità di neon necessaria nella miscela per separare e stabilizzare il neon. In genere, le nane bianche carbonio-ossigeno hanno circa il 2% di neon. Ciò suggerisce che queste stelle nane bianche con ramo Q potrebbero avere una composizione particolare per spiegare il riscaldamento aggiuntivo. Se le stelle fossero solo un po ‘più ricche di neon – circa il 6% – la sedimentazione di singole particelle, piuttosto che la sedimentazione a grappolo, potrebbe generare calore. L’ipotesti più suggestiva e probabile è che il ferro si separa in una miscela di carbonio-ossigeno producendo un notevole riscaldamento. Serviranno nuovi diagrammi di fase del ferro e ulteriori indagini approfondite per dimostrare questa teoria.