L'atmosfera della nana bianca ricreata in laboratorio

Le nane bianche sono i grumi luminosi di carbonio rimasti dopo che le stelle hanno esaurito tutto il loro carburante. Sono caldi, densi e piccoli, tipicamente con la massa del Sole racchiusa nel volume della Terra.

La struttura di questi oggetti è complessa. Gli astronomi non possono vedere le braci di carbonio incandescente perché le nane bianche sono sempre circondate da un sottile e denso strato di gas, attratto dall'intensa gravità della stella.

È questo gas che risplende di un'intensa luce bianca a temperature generalmente comprese tra 8000 K e 16.000 K, in confronto l'atmosfera del Sole è di circa 6000 K. Il gas è in gran parte idrogeno ma può contenere anche elio, vari metalli e carbonio.

Questi elementi sono tutti facili da identificare osservando le frequenze caratteristiche alle quali gli elementi emettono e assorbono la luce, una tecnica nota come spettroscopia. Tuttavia, l'intenso calore e la pressione sulla superficie di queste stelle distorcono gli spettri, causando, ad esempio, la diffusione delle righe.

Questo è utile per gli astronomi perché possono usare queste distorsioni per calcolare la pressione in superficie, che dipende dalla gravità della superficie. Se combinato con altri dati, come le misurazioni della temperatura, questo consente loro di calcolare il raggio e la massa della stella.

Quindi la spettroscopia è uno strumento estremamente potente.

C'è un problema, tuttavia. La massa e il raggio calcolati in questo modo non sempre concordano con i valori calcolati in altri modi, ad esempio misurando il movimento della stella nello spazio.

Quindi gli astronomi vogliono capire meglio i processi che influenzano gli spettri delle atmosfere delle nane bianche.

Entra Ross Falcon ai Sandia National Laboratories nel New Mexico e pochi amici. Sandia possiede la macchina a raggi X più potente del pianeta, un dispositivo noto come Z Pulsed Power Facility.

Questi ragazzi usano i raggi X di questa macchina per riscaldare una sottile parete d'oro all'estremità di una provetta contenente idrogeno. L'oro riscalda rapidamente l'idrogeno creando un plasma ad alta densità a temperature di 10.000 K circa.

Che riproduce più o meno esattamente le condizioni nell'atmosfera di una nana bianca. Falcon e co poi misurano lo spettro del gas per vedere come le condizioni lo influenzano..

Utilizzando i dati, questi ragazzi sono stati in grado di perfezionare i modelli astronomici delle atmosfere delle nane bianche per ottenere una migliore comprensione delle stelle stesse, della loro massa e del raggio, ad esempio.

Il lavoro però è tutt'altro che concluso. Falcon e compagni ora vogliono includere alcuni degli altri elementi che appaiono negli spettri delle nane bianche. Hanno iniziato esperimenti preliminari con l'elio e sperano di esaminare gli spettri di carbonio e ossigeno nel prossimo futuro.

Oltre a ciò, Falcon e compagni vogliono ricreare i potenti campi magnetici che esistono attorno ad alcune nane bianche, per vedere quale influenza hanno sugli spettri.

È più facile dirlo che farlo. La Z Pulsed Power Facility non ha problemi a generare potenti campi magnetici: la difficoltà sta nell'usarli in modo controllato in un esperimento. Quindi c'è del lavoro da fare per il gruppo di Falcon e altri che lavorano anche a Sandia.

Ma ricreare la superficie delle stelle sulla Terra è fantastico.

Rif: arxiv.org/abs/1210.0832 : Creazione di fotosfere nane bianche in laboratorio: strategia per le applicazioni di astrofisica

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