Cefeidi in crisi?

Forse non sono buone candele standard

di Silvia Fracchia

La Galassia di Andromeda dista 2,5 milioni di anni-luce dalla Terra: un dato senza dubbio molto interessante. Ma ancora di più lo è il modo in cui può essere ricavato sperimentalmente.

La determinazione delle distanze astronomiche, come viene logico pensare, non è un procedimento banale. Soprattutto, non si effettua in modo univoco: a seconda di quanto è lontano l’oggetto in questione occorre scegliere il metodo più opportuno. Se vogliamo misurare la distanza di una stella fino a circa un centinaio di anni-luce può andarci bene il metodo della parallasse. Per distanze più elevate, però, dobbiamo fare ricorso ad altre tecniche. Ad esempio possiamo sfruttare le caratteristiche di alcune stelle variabili peculiari: le Cefeidi. Ma ora proprio le Cefeidi potrebbero essere un po’ in crisi nel loro ruolo di strumento principe per la misura delle distanze cosmiche.

Le Cefeidi sono state oggetto di studio di un gruppo americano di astronomi, tra cui Massimo Marengo, della Iowa State University, negli Stati Uniti, e Pauline Barmby, della University of Western Ontario, in Canada. Lo studio, descritto in un articolo pubblicato su “The Astronomical Journal” ed effettuato per mezzo dello Spitzer Space Telescope della NASA, ha messo in luce una caratteristica già fiutata dagli scienziati ma non ancora confermata: le variabili Cefeidi perdono massa. Per capire l’importanza di questa scoperta è necessario prima capire che cos’è una Cefeide e come viene usata per misurare le distanze astronomiche.

Pensiamo al Sole, la nostra stella di riferimento: a occhio si vede che brilla sempre allo stesso modo (non è precisamente così, ma non sottilizziamo). Perciò è lecito affermare che la sua magnitudine è costante. Tuttavia non dobbiamo pensare che questo discorso valga per tutte le stelle. Ce ne sono alcune per le quali la luminosità cambia anche parecchio nel tempo: le stelle variabili, appunto. Fra le quali le Cefeidi, con la loro pulsazione periodica, sono le più famose.

Il ciclo di pulsazione di una Cefeide è noto come “valvola di Eddington”. L’energia proveniente dai processi di fusione termonucleare nel nucleo stellare ionizza l’elio degli strati superficiali. L’elio è tanto più opaco quanto più è ionizzato, pertanto all’inizio del processo la radiazione viene assorbita dalla superficie opaca, che si riscalda, e la stella appare meno luminosa. In seguito il gas superficiale riscaldato comincia a espandersi e a raffreddarsi, perde la ionizzazione e diventa trasparente. La radiazione può quindi penetrarlo e la stella appare più brillante. A un certo punto l’espansione cessa e l’attrazione gravitazionale fa in modo che la superficie stellare ricominci a contrarsi, iterando il ciclo.

Tuttavia la magnitudine variabile non sarebbe di per sé di grande utilità nella misurazione delle distanze astronomiche. Arriviamo quindi alla vera peculiarità di questi corpi celesti, che ne giustifica la fama: è possibile mettere in precisa relazione i periodi di pulsazione delle Cefeidi con le loro luminosità assolute, come scoprì nei primi anni del Novecento Henrietta Swan Leavitt dopo aver studiato migliaia di stelle variabili nelle Nubi di Magellano. Poiché siamo in grado di misurare con grande accuratezza i periodi delle Cefeidi, possiamo allora ricavare la loro magnitudine assoluta che, messa in relazione con la magnitudine apparente, permette di determinare la loro distanza. Per questo motivo le Cefeidi sono considerate tra le migliori candele standard e consentono di misurare le distanze di galassie fino a milioni di anni-luce dal nostro pianeta.

La candela standard si restringe. (Cortesia: NASA/JPL-Caltech/Iowa State)

Tuttavia il gruppo di Marengo ha messo un punto di domanda su quanto siano effettivamente standard queste candele. Dallo studio nell’infrarosso di Delta Cephei, il prototipo di Cefeide dal quale tutte hanno preso il nome, è emerso infatti che il suo fortissimo vento stellare (circa un milione di volte più intenso di quello del Sole) è in grado di espellere considerevoli quantità di gas e polveri, impoverendo la massa dell’astro e creando una sorta di bozzolo intorno a esso. Questo bozzolo va in qualche modo a offuscare la stella, alterando la sua luminosità apparente e, di conseguenza, il valore della distanza misurata. E Delta Cephei non è un caso isolato: lo studio è stato ripetuto per altre stelle della stessa classe e, di esse, circa il 25 per cento ha mostrato una perdita di massa.

Quali conclusioni dobbiamo trarre? A detta di Pauline Barmby quest’informazione non può far altro che incrementare la nostra conoscenza di queste particolari stelle e permetterci di farne un uso sempre più preciso come misuratori spaziali. Se però il loro ruolo di candele standard dovesse cambiare, le conseguenze si estenderebbero dall’astrofisica galattica fino alla cosmologia.