Alcune nane bianche sono insolitamente calde

Quando il nostro Sole arriverà alla fine dei suoi giorni, ciò che rimarrà sarà un oggetto che chiamiamo nana bianca. Questo oggetto non sarà in grado di sostenere i processi di fusione nucleare e continuerà a brillare grazie al calore residuo, raffreddandosi lentamente fino a diventare una “nana scura“.
Il Sole e tutte le stelle che diventeranno nane bianche, non si raffredderanno allo stesso modo. Alcune nane bianche, secondo un team di astronomi, si raffredderanno più lentamente di altre, come se al loro interno ci fosse una qualche fonte di calore. Gli astronomi non sanno di quale fonte si tratti e capirlo, sembra essere alquanto complicato.
Oggi, grazie a nuove ricerche, possiamo escludere qualche “indiziato” dalle possibili fonti di calore interno: un isotopo del neon particolarmente ricco di neutroni che sprofonda negli strati interni di una nana bianca.
Le stelle della nostra galassia, la Via Lattea, che hanno una massa inferiore a circa otto masse solari diventeranno nane bianche. Questa tipologia di stelle, una volta esauriti l’idrogeno e l’elio da utilizzare nel processo di fusione, non hanno una pressione sufficiente per utilizzare il carbonio rimanente. Quando raggiungono questa fase critica espellono gli strati esterni mentre il nucleo collassa in una sfera di dimensioni della Terra. Questo nucleo grande come il nostro pianeta, costituito principalmente da carbonio e ossigeno, è incredibilmente denso e massiccio. Questa sfera, relativamente piccola, pesa quasi una volta e mezza in nostro Sole.
Essendo cosi dense e presentando una superficie piccola le nane bianche perdono calore molto lentamente. Quando un nucleo del genere smette di contrarsi può raggiungere una temperatura di circa 100 mila gradi Celsius. Secondo gli astronomi, l’universo non è abbastanza vecchio perché una nana bianca si sia raffreddata del tutto.
Esiste una classe di nane bianche, le cosiddette nane bianche del ramo Q, che costituiscono circa il 6% delle nane bianche più massicce, e perdono calore ancora più lentamente. Secondo un documento del 2019 redatto dall’astronomo Sihao Cheng della Johns Hopkins University, questa frazione di nane bianche mostra un ritardo di raffreddamento di circa 8 miliardi di anni, rispetto ad altre nane bianche.
Cheng e il suo team hanno suggerito che un isotopo del neon, il neon-22, che si trova in piccole quantità in alcune nane bianche, potrebbe essere il responsabile del riscaldamento extra. Nelle nane bianche con nuclei di carbonio-ossigeno, il 22-Ne che affonda nel nucleo potrebbe fornire una fonte di calore aggiuntiva. L’ipotesi è stata testata da un team di astronomi guidato da Matt Caplan dell’Illinois State University. Il team ha lavorato a simulazioni di dinamica molecolare e diagrammi di fase. Secondo le loro scoperte, il 22-Ne non è il responsabile del calore extra.
Sebbene la velocità di sedimentazione dai singoli cristalli sia probabilmente troppo lenta per produrre il riscaldamento osservato, il raggruppamento 22-Ne potrebbe potenzialmente accelerare il processo. Anche questo però, è stato escluso dal team di Caplan, che lo ritiene improbabile. Nelle simulazioni hanno scoperto che i micro cristalli di 22-Ne, presenti 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 c’è un punto intermedio. 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. Affinché il neon sia stabile, questa miscela dovrebbe contenere almeno il 30% di neon.
“In sintesi”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo , “troviamo che non ci sono condizioni in cui un ammasso arricchito di 22-Ne è stabile in una nana bianca di carbonio-ossigeno, e quindi una maggiore diffusione di 22-Ne non può spiegare il ramo Q”.
Queste conclusioni suggeriscono che le nane bianche del ramo Q potrebbero avere una composizione particolare per spiegare il riscaldamento aggiuntivo osservato.
Se le stelle fossero solo un po ‘più ricche di neon, circa il 6 percento, la sedimentazione di singole particelle, piuttosto che la sedimentazione a grappolo, potrebbe generare calore. Il sodio e il magnesio sarebbero candidati meno probabili; come il neon, non si separano per formare solidi in quantità relativamente piccole. Gli elementi del gruppo del ferro, tuttavia, sembrano un po ‘più promettenti. Il ferro si separa in una miscela di carbonio-ossigeno e appena lo 0,1 percento può produrre un notevole riscaldamento.
Se qualche processo astrofisico potesse immettere ferro aggiuntivo nelle nane bianche del ramo Q fino all’1%, sarebbe sufficiente a ritardare il raffreddamento di diversi miliardi di anni, hanno concluso i ricercatori.
“Quindi, questo lavoro motiva l’inclusione del ferro nei modelli di raffreddamento della nana bianca”, hanno scritto. “Ciò richiederà nuovi diagrammi di fase del ferro e un’indagine con dinamiche molecolari del clustering e le dimensioni caratteristiche dei cluster di ferro, che saranno oggetto di lavori futuri”.
Fonte: https://www.sciencealert.com/astronomers-have-just-narrowed-down-why-these-dead-stars-are-so-inexplicably-hot