Le stelle di piccola massa, come il nostro Sole, si formano a partire da concentrazioni di gas e polveri cosmiche che collassano sotto la loro stessa gravità. Durante il collasso, questi oggetti ruotano e condensano la massa al centro, dando origine a una protostella, attorno alla quale si forma un disco circumstellare, il tutto all’interno di un alone, o inviluppo, di materia. Un nuovo studio, guidato da Eleonora Fiorellino dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha analizzato queste prime fasi della formazione stellare in cerca di una possibile relazione fra il tasso di accrescimento di una stella in formazione e il suo disco circumstellare. I risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters.
“Pensiamo che sia l’inviluppo che il disco attorno a una protostella dissipino la propria massa nel tempo, espellendola nel mezzo interstellare e al contempo accrescendo la massa della stella in formazione”, afferma Fiorellino, ricercatrice post-doc presso la sede INAF di Napoli, che ha svolto parte dello studio anche presso il Konkoly Observatory di Budapest, in Ungheria. “Questo lavoro tratta proprio del processo di accrescimento per il quale una parte del materiale del disco, seguendo le linee di campo magnetico della stella in formazione, arriva sulla stella, accrescendone la massa”.
Una simile analisi era già stata realizzata per oggetti un po’ più evoluti: le cosiddette “stelle di pre-sequenza principale”, ovvero lo stadio che precede la sequenza principale, fase fondamentale dell’evoluzione di una stella, caratterizzata dalla fusione dell’idrogeno nel nucleo della stella. Per questi oggetti si era trovata una relazione fra le varie grandezze fisiche in gioco, individuando alcuni modelli teorici, in particolare il modello viscoso e quello che prevede venti idrodinamici, in grado di spiegare i dati osservativi. Il nuovo studio si concentra, per la prima volta, sulle protostelle, cioè lo stadio precedente alle stelle di pre sequenza, registrando un trend evolutivo con le stelle di pre-sequenza, come aspettato, ma anche alcune differenze.
“Paradossalmente, come spesso accade in fisica, sono proprio le differenze che troviamo ad essere interessanti”, commenta Fiorellino, “perché potrebbero dirci non solo come si formano le stelle ma anche darci le condizioni iniziali per la formazione planetaria, che sempre più lavori ci indicano avvenire proprio durante la fase prestellare. Per interpretare al meglio questi dati osservativi, abbiamo capito che abbiamo bisogno di modelli teorici ancora più accurati perché quelli che abbiamo al momento non tengono conto di aspetti specifici della fase protostellare”.
I processi fisici che avvengono mentre le stelle in formazione acquistano massa non sono ancora del tutto chiari. La conoscenza attuale è limitata alla fase di pre-sequenza, facile da osservare in banda ottica. Al contrario, gli oggetti più giovani, nella fase protostellare, non sono visibili nell’ottico ed è molto più complicato studiarli, poiché occorrono osservazioni in banda infrarossa.
Grazie a nuovi strumenti, tra i quali KMOS montato sul Very Large Telescope dell’ESO – European Southern Observatory in Cile, e all’uso di nuove tecniche di analisi, Fiorellino ha studiato le 26 protostelle più brillanti entro circa 1600 anni luce da noi, calcolando i loro tassi di accrescimento. Inoltre, osservazioni ottenute con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno permesso al collega Lukasz Tychoniec, ricercatore post-doc presso il quartier generale dell’ESO a Garching, in Germania, di calcolare la massa dei dischi che circondano queste protostelle, per capire se i processi fisici che valgono per le stelle di pre-sequenza sono gli stessi che valgono per le protostelle.
“Questo lavoro mostra un trend evolutivo evidente fra protostelle brillanti (dette di classe I) e stelle di pre-sequenza (classe II), suggerendoci di andare a studiare protostelle ancora più giovani e meno brillanti (classe 0) con strumenti più potenti da Terra o con JWST nello spazio. Inoltre mostra che i modelli che hanno successo nello spiegare le fasi di pre-sequenza falliscono se applicati alle protostelle. Pensiamo che il motivo per cui ciò avvenga sia dovuto al fatto che l’inviluppo delle protostelle, trascurato nelle stelle di pre-sequenza, giochi invece un ruolo cruciale durante l’accrescimento”, conclude Fiorellino. “Queste grandezze non sono utili solo a capire come le stelle si formano ma anche a dare le condizioni iniziali per la formazione dei pianeti, come la Terra, che hanno origine sempre nel disco circumstellare”.
