Un Sole “pigro” rispetto alle altre stelle

Viviamo sotto un Sole “pigro”? Rischiamo di andare incontro a un periodo di iperattività solare? Queste le domande a cui gli astronomi cercano di rispondere, dopo aver scoperto che negli ultimi 9mila anni abbiamo vissuto sotto una stella decisamente quieta, rispetto ad altre 369 simili osservate dal telescopio spaziale Kepler della NASA.

I ricercatori del Max Planck Institute for solar system research (Mps), in Germania, hanno pubblicato uno studio sulla rivista scientifica Science, in cui analizzano le variazioni di luminosità della nostra stella madre e le confrontano con un campione selezionato di astri simili. Uno studio che ha visto la collaborazione anche degli scienziati della University of South Wales, in Australia, e della School of Space Research, in Corea del Sud.

Lo studio si è concentrato sulla variazione dell’attività solare, attraverso la valutazione e misurazione non solo della luminosità emessa, ma anche del numero di macchie che si formano sulla sua superficie, la fotosfera. Per tornare indietro nel tempo, e studiare l’attività del Sole, gli scienziati dispongono di cataloghi e dati a partire solo dal 1610.

Analizzando però la distribuzione di varietà radioattive di alcuni particolari elementi, i ricercatori sono riusciti a ricostruire le variazioni di luminosità solare fino a 9mila anni fa. Un periodo che, spiega l’autore dello studio Timo Reinhold, è comunque “un battito di ciglia” rispetto all’età della nostra stella, che ha circa 4,6 miliardi di anni. Il Sole quindi potrebbe essere andato incontro a una fase di quiete che dura da migliaia di anni, ma i dati a disposizione sono troppo pochi e per Reinhold potremmo avere “una immagine distorta della nostra stella”.

Come fare quindi per studiare il Sole e tornare indietro nel tempo, ricostruendone la storia, e ipotizzare le evoluzioni future? La risposta arriva dall’osservazione delle stelle simili al Sole, un campione di 369 astri di cui è stata ricostruita e classificata l’attività, così da poter capire se il comportamento della nostra stella fosse “normale” rispetto agli altri.

Attività solare: come ricostruire gli ultimi 9mila anni

Il principale soggetto dello studio è il campo magnetico solare, dato che esiste una diretta corrispondenza tra le sue variazioni nel nucleo stellare e la variazione della luminosità superficiale. Anche la comparsa delle macchie solari, che provocano una diminuzione e aumento della luminosità locale sulla fotosfera, sono legate alle instabilità magnetiche delle stelle.

Le prime misure precise della luminosità solare risalgono alle prime missioni spaziali degli anni Settanta, ma fin dal 1610 con l’avvento dei primi telescopi sono state contate e catalogate le macchie solari. Le variazioni di luminosità, inoltre, influenzano il clima sulla Terra, tanto da lasciare tracce che possiamo rilevare dagli isotopi radioattivi di carbonio e berillio.

Lo studio degli anelli degli alberi e della stratificazione nei carotaggi di ghiaccio hanno permesso agli scienziati di ricostruire storicamente l’attività del Sole degli ultimi 9mila anni. Si tratta di un periodo di tempo decisamente limitato della vita della nostra stella, ma sufficiente per determinare che l’attività solare è molto inferiore a quella attesa dal confronto con altre stelle del campione.

Un campione di stelle per capire il Sole

I ricercatori hanno fissato dei parametri per individuare un campione di stelle con cui confrontare il Sole. In particolare, hanno analizzato l’età, la temperatura superficiale, il contenuto di elementi più pesanti di idrogeno ed elio, cioè la sua metallicità, e infine il periodo di rotazione.

Quest’ultimo, spiega il co-autore dello studio e direttore del MPS Sami Solanki, è un parametro cruciale. La velocità di rotazione di una stella attorno al proprio asse contribuisce alla creazione del campo magnetico per via dell’effetto dinamo nell’interno. “Il campo magnetico è guidato da forze responsabili per tutte le fluttuazioni dell’attività stellare”, sottolinea Solanki.

Lo stato del campo magnetico determina la frequenza con cui il sole emette radiazioni energetiche e produce violente eruzioni, scagliando particelle ad alta velocità nello spazio. Inoltre, da esso dipende il numero delle macchie solari e le regioni luminose che si formano sulla fotosfera, e che quindi influenzano anche la luminosità con cui il Sole brilla nel cielo.

Partendo dai dati raccolti dal telescopio spaziale Kepler della NASA tra il 2009 e il 2013, che ha permesso la creazione di un catalogo che comprende i periodi di rotazione di migliaia di stelle, i ricercatori hanno osservato e analizzato le fluttuazioni di circa 150mila stelle in sequenza principale, cioè che si trovano alla metà del loro ciclo vitale e producono energia dalla fusione dell’idrogeno nel nucleo.

I ricercatori hanno poi selezionato per il campione solo le stelle con una temperatura superficiale tra i 5500 e i 6000 Kelvin, intervallo vicino ai 5780 Kelvin del Sole. Inoltre, le candidate ideali avevano una gravità superficiale simile o superiore a quella solare, in modo da escludere le stelle troppo evolute e inattive, età tra i 4 e i 5 miliardi di anni e una metallicità simile.

Di queste, il campione è stato poi ristretto solo a quelle stelle il cui periodo di rotazione sul proprio asse è compreso tra 20 e 30 giorni, basandosi sul fatto che il Sole ha un periodo di rotazione di circa 24,5 giorni. Mettendo insieme i dati di Kepler e quelli del telescopio spaziale Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), è stato ottenuto un campione di 369 stelle “pure”, utilizzate per il confronto con il Sole.

Una delle limitazioni dello studio, è che dai dati di Kepler non è stato possibile determinare il periodo di rotazione di tutte le stelle osservate. Il motivo è che, per farlo, sarebbe necessario individuare nelle osservazioni dei cali nella curva di luce che siano periodici, dovuto al passaggio di stelle che oscurano la superficie stellare e ruotano al di fuori del campo di vista del telescopio, per poi riapparire dopo un periodo di tempo fissato. Anche il Sole, se venisse osservato dal telescopio spaziale Kepler, apparirebbe come non periodico.

Queste 2529 stelle sono state classificate come “pseudosolari non-periodiche”, per distinguerle dal campione “puro”. Reinhold ha spiegato: “Per molte stelle, alcuni oscuramenti periodici non possono essere rilevati. Si perdono nel rumore dei dati misurati o nelle fluttuazioni di luminosità sovrastanti”.

Il Sole e le altre 369 stelle: due scenari possibili

Focalizzando l’analisi sul campione puro di 369 stelle, osservate tra il 2009 e il 2013, i ricercatori hanno scoperto che l’irradiazione solare ha una fluttuazione pari allo 0,7%, un valore che è in media cinque volte inferiore a quello delle altre stelle del campione.

Questo significa che negli ultimi 140 anni, il Sole non ha raggiunto la metà della variabilità delle sue simili nemmeno quando si trovava al picco di attività del suo ciclo. Alexander Shapiro, co-autore dello studio, ha spiegato: “Siamo rimasti molto sorpresi nello scoprire che la maggior parte delle stelle simili al Sole sono molto più attive della nostra stella”.

I possibili scenari che nascono dall’interpretazione dei dati così ottenuti, sono principalmente due. Nel primo, si ipotizza che tra le stelle con periodo di rotazione noto e quelle non-periodiche ci siano delle differenze fisiche, a oggi sconosciute. Secondo alcuni studi, il Sole si trova in un periodo di ridotta attività per via di una variazione nella sua rotazione interna, cioè della sua dinamo, che lo avvicina alle stelle pseudosolari, per caratteristiche e comportamento.

Nel secondo, invece, potremmo semplicemente trovarci in un periodo in cui il Sole appare insolitamente debole rispetto alle stelle periodiche, quasi “pigro”. Questo, spiega Shapiro, fa ipotizzare che “le stelle con un periodo di rotazione noto e simili al Sole ci mostrano fluttuazioni dell’attività stellare di cui anche la nostra è capace”. Quindi su una scala di tempi più lunga degli ultimi 9mila anni, il Sole potrebbe andare incontro a fluttuazioni di luminosità molto maggiori.

I ricercatori sottolineano anche che una improvvisa iperattività da parte della nostra stella è esclusa al momento. Negli ultimi decenni, infatti, il Sole si è mostrato più debole anche rispetto ai suoi stessi standard e le previsioni degli astronomi per i prossimi 11 anni indicano che per il prossimo futuro non dovrebbero esserci variazioni di cui preoccuparci.

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Fotografia: NASA/SDO