Il paradosso delle nane bianche: quando guadagnano massa si contraggono

Il paradosso delle nane bianche: quando guadagnano massa si contraggono
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I telescopi hanno confermato una strana proprietà delle nane bianche: si contraggono quando la loro massa aumenta. Si pensa che le nane bianche, i resti delle stelle morte, possiedano questa proprietà a causa della presenza di materia esotica chiamata gas degenere di elettroni.

Le nane bianche nascono quando una stella, con una massa compresa tra 0,5 e 8 masse solari, finisce il carburante necessario alla fusione nucleare ed inizia a collassare su se stessa. Inizia una fase altamente instabile in cui il nucleo si contrae mentre gli strati più esterni si espandono e si raffreddano, la stella diventa una super gigante rossa. La sua vita termina quando il nucleo diventa degenere, cioè quando la pressione esercitata dagli elettroni è sufficiente a fermare la forza di gravità, anche in assenza di reazioni nucleari.

Gli astronomi hanno osservato questo andamento nelle dimensioni delle nane bianche, una proprietà predetta decine di anni fa. Adesso abbiamo dati su migliaia di stelle che confermano questo fenomeno su un ampio intervallo di masse. Più è massiva la stella e più vicini devono essere gli elettroni per esercitare una pressione sufficiente ad evitare il collasso, la spiegazione di questa proprietà è tutta nel principio di esclusione di Pauli. Le nane bianche sono oggetti di grande interesse perché potrebbero ospitare la vita.

Capire perché le nane bianche si contraggono quando acquistano massa ci potrebbe aiutare a comprendere il funzionamento delle supernovae di tipo 1a, che avvengono quando le nane bianche diventano così massive e compatte da esplodere, ma nessuno ha capito cosa innesca la detonazione.

Il team ha misurato massa e dimensioni di oltre 3.000 stelle, osservate grazie a Apache Point observatory nel New Mexico e a ESA's Gaia. "Se conosci quanto è lontana una stella e riesci a misurare la sua luminosità, puoi avere una buona stima del suo raggio," spiega Chandra, uno studente della John Hopkins University. Misurare la sua massa è più complicato, generalmente gli astronomi hanno bisogno di misurare gli effetti gravitazionali su un altra stella per stimare il suo peso.

Per le nane bianche solitarie, i ricercatori hanno studiato un effetto chiamato redshift gravitazionale. Quando la luce scappa da un campo gravitazionale intenso, come quello intorno ad una stella compatta, la sua lunghezza d'onda aumenta. Più è grande la massa della stella rispetto al suo raggio e più è marcato l'effetto, questo ha permesso di stimare il peso delle nane bianche una volta conosciute le sue dimensioni.

Queste nuove misure hanno confermato le predizioni teoriche sulla taglie delle nane bianche più pesanti. Le stelle con una massa pari alla metà di quella del Sole hanno un raggio 1,75 volte quello della Terra, mentre quelle un po' più pesanti del Sole hanno un raggio 0,75 volte quello del nostro pianeta. Nuovi studi potranno raffinare questa relazione massa-raggio.

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