La sfera naturale più perfetta che si conosca

Credit: Mark A. Garlick

Per quanto ne sappiamo, KIC 411145123 è l’oggetto naturale più sferico che sia mai stato misurato.

Questa affermazione sorprendente è contenuta in uno studio pubblicato il 18 novembre su Science Advances, firmato da Laurent Gizon del Max-Planck-Institut di Göttingen in Germania e da altri otto autori.

KIC 411145123 è una brillante stella di classe spettrale A, distante ben 5.000 anni luce dalla Terra. Si tratta di una stella più evoluta del Sole. È giunta infatti quasi alla fine della parte principale della sua vita: secondo i calcoli di Gizon e colleghi, nel nucleo è rimasto meno del 5% di idrogeno, il “carburante” che alimenta le reazioni di fusione nucleare durante la cosiddetta sequenza principale. KIC 411145123 è inoltre più calda del Sole (8.050 K di temperatura effettiva contro i 5.778 K della nostra stella), molto più grande (2,24 raggi solari) e più massiccia (1,46 masse solari). Ruota però quattro volte più lentamente della nostra stella: mentre il Sole impiega poco più di 25 giorni per una rotazione completa all’equatore, KIC 411145123 impiega 100 giorni.

È stata osservata per quasi quattro anni di seguito dal telescopio spaziale Kepler, che ne ha misurato le variazioni di luminosità con altissima precisione. Le piccole oscillazioni registrate da Kepler, estremamente regolari, hanno consentito ai ricercatori di comprendere molte cose sulla natura di KIC 411145123. Le variazioni di luminosità sono infatti una conseguenza delle pulsazioni della stella: una serie di regolari oscillazioni armoniche, che la attraversano come le onde sismiche attraversano la Terra, facendola risuonare. Così come la registrazione delle onde prodotte dai terremoti consente di mappare l’interno del nostro pianeta, similmente le pulsazioni stellari riverberate nelle oscillazioni della luminosità consentono di mappare forma e struttura di una stella: su di esse è stata fondata un’intera branca dell’astrofisica, chiamata astrosismologia.

Grazie ai progressi dell’astrosismologia, il gruppo di ricercatori guidato da Laurent Gizon ha potuto determinare la forma di KIC 411145123 con una precisione straordinaria, immensamente maggiore di quella che si sarebbe potuta raggiungere con l’osservazione diretta. Le stelle, infatti, sono tutte così lontane che appaiono come semplici punti luminosi anche ai telescopi più potenti (con l’unica eccezione di Betelgeuse, di cui Hubble è stato in grado di ottenere un’immagine diretta del disco).

Per poter osservare la forma di una stella, si deve ricorrere a una tecnica particolare, chiamata interferometria, che può essere però utilizzata solo per le stelle più vicine. Grazie all’interferometria, si è scoperto per esempio che Altair e Vega, due stelle di classe A come KIC 411145123, sono oblate: sono cioè schiacciate ai poli ed espanse all’equatore, a causa dell’azione della forza centrifuga, dovuta alla loro veloce rotazione.

Ma KIC 411145123 è talmente lontana che non ci sarebbe alcuna possibilità di osservarne il disco neppure con l’interferometria. L’astrosismologia si è invece rivelata così potente da permettere ai ricercatori di ottenere una definizione perfetta della sua forma, anche nell’impossibilità di un’osservazione diretta. Le pulsazioni armoniche della stella sono infatti legate da rapporti matematici che consentono di distinguere la latitudine a cui sono collegate. Conoscendo la periodicità delle oscillazioni, la loro latitudine e il raggio stellare, è possibile ricavare con precisione il rapporto tra il raggio equatoriale e il raggio polare.

Dai calcoli è venuto fuori che questo rapporto, nel caso di KIC 411145123, è pari a (1,8 ± 0,6) × 10⁻⁶. In base al raggio stellare stimato, che è di 1,56 milioni di km, si ricava che la differenza tra il raggio equatoriale e il raggio polare di questa stella è di appena 2,7 ± 0,9 km. Il suo grado di sfericità è insomma molto più alto di quello del Sole, che era il precedente oggetto fisico più sferico a noi noto. Nel Sole, infatti, la differenza tra i due raggi è di 10 km, cioè oltre tre volte maggiore di quella tra i raggi di KIC 411145123 (il Sole inoltre è 2,24 volte più piccolo di questa stella, il che rende la differenza tra i suoi raggi proporzionalmente maggiore).

La scelta di KIC 411145123 per questo studio di astrosismologia non è stata ovviamente casuale: il periodo di rotazione di 100 giorni indicava infatti una forza centrifuga molto bassa e la possibilità, perciò, di trovare un valore dello schiacciamento polare altrettanto basso. Tuttavia la sua rotondità è risultata ancora più elevata di quella che avrebbe dovuto essere in base alla sua velocità di rotazione. Gli autori dello studio ipotizzano che la causa di ciò risieda nella possibile presenza di un debole campo magnetico equatoriale, che influisce sulla velocità di propagazione delle pulsazioni, alterando lievemente i risultati della stima del rapporto tra i raggi della stella.

In ogni caso è un risultato strabiliante della scienza quello di aver potuto calcolare una differenza di meno di 3 km nelle dimensioni di un oggetto distante qualcosa come 47 milioni di miliardi di km dalla Terra. Non meno sorprendente, infine, è la sfericità quasi perfetta di KIC 411145123: la natura, infatti, produce solitamente oggetti che approssimano solo in modo grossolano le forme ideali della geometria.