Quando le stelle tremano
di Roberto Auzzi
Anche le stelle a volte tremano. Questo è vero in particolare per le stelle pulsanti, che diventano periodicamente più brillanti e più fioche. Nel 1595 il pastore luterano e astronomo amatoriale David Fabricius scoprì la prima di queste stelle, chiamata Omicron Ceti, che ha un periodo di circa 11 mesi. Il raggio e la temperatura superficiale di una stella pulsante oscillano nel tempo, e questo causa una periodica variazione di luminosità.
Stelle più "comuni" come il nostro Sole non rientrano nella categoria delle stelle pulsanti. Il Sole presenta comunque minuscole oscillazioni di tipo non radiale: alcune regioni della sua superficie si espandono e altre si contraggono in modo periodico, senza una variazione di volume complessivo. Un tipico modo di oscillazione del Sole ha un'ampiezza molto piccola, con una velocità superficiale dell'ordine di un decimetro al secondo, con un periodo dell'ordine di 5 minuti e con una variazione di luminosità dell'ordine di una parte su un milione. Queste misure incredibilmente accurate vengono effettuate misurando lo spostamento Doppler di alcune linee spettrali di assorbimento. Si stima che il Sole oscilli in una combinazione incoerente di ben 10 milioni di frequenze. Il Sole vibra come una campana! Le vibrazioni solari sono state osservate per la prima volta nel 1962 dagli astronomi R. Leighton, R. Noyes e G. Simon e costituiscono l'ambito dell'eliosismologia.
Nel corso degli anni, i dati sperimentali sulle oscillazioni solari sono stati confrontati con le previsioni dei modelli teorici che descrivono la propagazione di queste vibrazioni all'interno del Sole. Questi studi hanno fornito una conferma sperimentale della robustezza del modello solare standard, che ci fornisce una descrizione teorica piuttosto accurata dei processi fisici interni del Sole.
L’osservazione su altre stelle di oscillazioni simili a quelle presenti sul Sole, utilizzando telescopi spaziali, ha dato vita al settore dell'astrosismologia. In particolare, il telescopio Kepler ha rilevato oscillazioni di tipo solare su centinaia di stelle. Queste misurazioni possono essere utilizzate per datare l'età delle stelle e per capire meglio l'evoluzione della nostra galassia, la Via Lattea. Un recente studio su questo argomento pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, mostra come si sia trovata evidenza che una popolazione sostanziale delle stelle della Via Lattea si era già formata al momento della collisione con un'altra galassia (chiamata Gaia Encedalo), avvenuta circa 10 miliardi di anni fa. Un nuovo tassello si è aggiunto all'archeologia del nostro cosmo!
Questi studi hanno avuto una ricaduta importante anche nell'ambito della fisica delle particelle, in particolare dei neutrini. Misure effettuate a partire degli anni '60 sul flusso di neutrini emesso dal Sole avevano portato al paradosso dei neutrini solari: il flusso di neutrini misurato sulla terra risultava circa 1/3 di quello previsto in base al modello solare standard. Gli studi di eliosismologia ci hanno permesso di escludere la possibilità che certi dettagli del modello solare standard fossero sbagliati. Il fatto che mancassero all'appello 2/3 dei neutrini andava quindi spiegato in un altro modo. Il meccanismo di oscillazione proposto dal fisico italiano Bruno Pontecorvo ha risolto il puzzle. In natura esistono tre stirpi di neutrini: gli elettronici, i muonici e i tauonici. Sia i neutrini prodotti dal Sole che quelli che venivano rilevati dai primi esperimenti sono in grande misura elettronici (per rilevare gli altri due tipi di neutrini servono metodologie sperimentali più sofisticate). Con il processo proposto da Pontecorvo, un neutrino elettronico può cambiare la sua natura e diventare muonico o tauonico e quindi sfuggire al rilevatore! L'oscillazione del neutrino ha avuto conferme sperimentali indipendenti a partire dal 1998 dall'Osservatorio Super-Kamiokande e dal Sudbury Neutrino Observatory.
Anche le stelle a volte tremano. Questo è vero in particolare per le stelle pulsanti, che diventano periodicamente più brillanti e più fioche. Nel 1595 il pastore luterano e astronomo amatoriale David Fabricius scoprì la prima di queste stelle, chiamata Omicron Ceti, che ha un periodo di circa 11 mesi. Il raggio e la temperatura superficiale di una stella pulsante oscillano nel tempo, e questo causa una periodica variazione di luminosità.
Stelle più "comuni" come il nostro Sole non rientrano nella categoria delle stelle pulsanti. Il Sole presenta comunque minuscole oscillazioni di tipo non radiale: alcune regioni della sua superficie si espandono e altre si contraggono in modo periodico, senza una variazione di volume complessivo. Un tipico modo di oscillazione del Sole ha un'ampiezza molto piccola, con una velocità superficiale dell'ordine di un decimetro al secondo, con un periodo dell'ordine di 5 minuti e con una variazione di luminosità dell'ordine di una parte su un milione. Queste misure incredibilmente accurate vengono effettuate misurando lo spostamento Doppler di alcune linee spettrali di assorbimento. Si stima che il Sole oscilli in una combinazione incoerente di ben 10 milioni di frequenze. Il Sole vibra come una campana! Le vibrazioni solari sono state osservate per la prima volta nel 1962 dagli astronomi R. Leighton, R. Noyes e G. Simon e costituiscono l'ambito dell'eliosismologia.
Nel corso degli anni, i dati sperimentali sulle oscillazioni solari sono stati confrontati con le previsioni dei modelli teorici che descrivono la propagazione di queste vibrazioni all'interno del Sole. Questi studi hanno fornito una conferma sperimentale della robustezza del modello solare standard, che ci fornisce una descrizione teorica piuttosto accurata dei processi fisici interni del Sole.
L’osservazione su altre stelle di oscillazioni simili a quelle presenti sul Sole, utilizzando telescopi spaziali, ha dato vita al settore dell'astrosismologia. In particolare, il telescopio Kepler ha rilevato oscillazioni di tipo solare su centinaia di stelle. Queste misurazioni possono essere utilizzate per datare l'età delle stelle e per capire meglio l'evoluzione della nostra galassia, la Via Lattea. Un recente studio su questo argomento pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, mostra come si sia trovata evidenza che una popolazione sostanziale delle stelle della Via Lattea si era già formata al momento della collisione con un'altra galassia (chiamata Gaia Encedalo), avvenuta circa 10 miliardi di anni fa. Un nuovo tassello si è aggiunto all'archeologia del nostro cosmo!
Questi studi hanno avuto una ricaduta importante anche nell'ambito della fisica delle particelle, in particolare dei neutrini. Misure effettuate a partire degli anni '60 sul flusso di neutrini emesso dal Sole avevano portato al paradosso dei neutrini solari: il flusso di neutrini misurato sulla terra risultava circa 1/3 di quello previsto in base al modello solare standard. Gli studi di eliosismologia ci hanno permesso di escludere la possibilità che certi dettagli del modello solare standard fossero sbagliati. Il fatto che mancassero all'appello 2/3 dei neutrini andava quindi spiegato in un altro modo. Il meccanismo di oscillazione proposto dal fisico italiano Bruno Pontecorvo ha risolto il puzzle. In natura esistono tre stirpi di neutrini: gli elettronici, i muonici e i tauonici. Sia i neutrini prodotti dal Sole che quelli che venivano rilevati dai primi esperimenti sono in grande misura elettronici (per rilevare gli altri due tipi di neutrini servono metodologie sperimentali più sofisticate). Con il processo proposto da Pontecorvo, un neutrino elettronico può cambiare la sua natura e diventare muonico o tauonico e quindi sfuggire al rilevatore! L'oscillazione del neutrino ha avuto conferme sperimentali indipendenti a partire dal 1998 dall'Osservatorio Super-Kamiokande e dal Sudbury Neutrino Observatory.
Roberto Auzzi
Roberto Auzzi è Professore associato della Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali dell'Università Cattolica del Sacro Cuore
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