Prime e impressionanti immagini delle enormi bolle di convezione su una stella diversa dal Sole

Per i non addetti ai lavori, sembrerebbe proprio che la Natura sia andata ben oltre la fantasia, e cioè enormi bolle di gas caldo che si muovono sulla superficie di una stella. E’ proprio questo quello che ha osservato il telescopio ALMA sulla superficie della stella R Doradus.

Le immagini appena pubblicate su Nature a prima firma dell'astronomo Wouter Vlemmings sono assolutamente eccezionali. Tuttavia, per gli addetti ai lavori non si tratta di fantasia ma di un fenomeno ben noto. L’eccezionalità sta nel fatto che mai prima d’ora si era riusciti ad osservare questo fenomeno su una stella che non fosse il Sole.

Il fenomeno della convezione

Tre sono le modalità con cui in natura l’energia può essere trasferita da un punto ad un altro. Una prima modalità è il contatto. Di questa modalità abbiamo esperienza quotidiana. Se metto a contatto un oggetto caldo con uno freddo, si ha un trasferimento di energia, ossia di calore, dall’oggetto caldo a quello freddo.

Altra modalità è la radiazione elettromagnetica. Anche in questo caso abbiamo esperienza quotidiana. Il calore del Sole viene trasferito sulla Terra attraverso onde o radiazioni elettromagnetiche. Ma anche il calore emesso da una piastra termica ci riscalda grazie alle onde infrarosse da questa emesse.

Altra modalità è la convezione. Di questa ha esperienza (più o meno consapevole) chi cucina. In una pentola piena d’acqua e messa sul fornello, il calore dell’acqua alla base della pentola si trasferisce in superficie attraverso il movimento di bolle calde. In questa modalità il calore viene trasferito da un punto ad un altro per mezzo del movimento di massa. Lo stesso succede in atmosfera dove masse d’aria calda (anche dentro le nuvole) si spostano a quote diverse con moti convettivi.

Nelle stelle l’energia termonucleare prodotta nel nucleo si trasferisce o per radiazione o per convezione in superficie, da dove viene poi irraggiata nello spazio circostante. Ad esempio nel Sole, il trasferimento avviene per radiazione nel nucleo e poi per convezione negli strati più esterni.

I moti di convezione sulla superficie del Sole danno luogo ad una sorta di granulazione, cioè una serie di granuli in movimento, ciascuno dei quali è una delle bolle di gas caldo che ha raggiunto la superficie. Essa cede calore e il gas raffreddandosi si immerge nuovamente.

Il video di sopra mostra un ingrandimento della superficie solare con i caratteristici granuli, ciascuno dei quali rappresenta una bolla di convezione. I granuli solari hanno dimensioni dell’ordine di 1000 km di diametro. Esistono anche i super-granuli con diametro fino ai 30.000 km.

Le bolle osservate sulla stella R Doradus

Ciò che gli astronomi hanno osservato su R Doradus è proprio il fenomeno della convezione che si realizza attraverso il movimento di bolle di gas. La stella R Doradus è un gigante rossa. Ha un diametro circa 350 volte quello del Sole ed una massa simile a quella del Sole. R Doradus è un buon esempio di come diventerà il nostro Sole tra alcuni miliardi di anni.

Ciò che ha letteralmente sorpreso gli astronomi è stata la capacità del telescopio ALMA di riuscire a osservare la superficie di questa stella con così tanto dettaglio. La risoluzione spaziale ha permesso di distinguere le singole bolle e tracciarne il loro movimento.

Tuttavia, se nel Sole le bolle più grandi raggiungono i 30.000 km, su R Doradus ciascuna bolla ha le dimensioni pari a 75 volte le dimensioni del Sole!

Nel video prodotto dagli autori dello studio, si mostra una sequenza di immagini raccolte nel corso di un mese, in cui è evidente il movimento delle bolle, che tanto ricorda appunto il movimento osservato sulla superficie della pentola in cui l'acqua bolle.

La presenza di moti convettivi, e quindi di bolle sulla superficie delle stelle giganti era già prevista dai modelli di struttura interna delle stelle. Tuttavia, l’evoluzione di queste bolle, cioè il tempo si emersione in superficie risulta ben più breve di quanto previsto dalla teoria. Come in tanti casi, nuove osservazioni pongono una sfida alla teoria ed un’opportunità per migliorare la stessa.

I precedenti

Come molti lettori ricorderanno, a parte il Sole la cui superficie per la sua vicinanza viene osservata in grandissimo dettaglio, ad oggi solo pochissime stelle avevano avuto la propria superficie risolta. Parliamo ad esempio della stella supergigante rossa Betelgeuse.

Le osservazioni del telescopio VLT dell’ESO ne avevano mostrato delle disomogeneità sulla superficie.

Anche della stella Pi1 Gruis erano state osservate bolle di convezione, ma non il loro movimento. R Doradus è la prima stella diversa dal Sole per cui si è riusciti a risolverne il disco osservando il movimento convettivo.

Tutto ciò è stato possibile non “per caso” ma scegliendo una stella gigante, quindi molto più grande del Sole, che fosse vicina, R Doradus si trova a circa 180 anni luce dalla Terra, ed usando un telescopio. ALMA, con una delle maggiori risoluzione spaziali.

Riferimento allo studio:

“One month convection timescale on the surface of a giant evolved star” to appear in Nature (doi:10.1038/s41586-024-07836-9).