Calcolare l’età esatta delle stelle può rivelarsi un’impresa complessa. I metodi comunemente impiegati per determinare l’età delle stelle si basano in gran parte sulla nostra comprensione di come le proprietà fondamentali e osservabili delle stelle cambiano al variare dell’età. Questo spesso porta a risultati approssimativi, specialmente per le stelle di piccola massa nella sequenza principale, fase in cui le caratteristiche stellari rimangono stabili per miliardi di anni. In questo contesto, lo studio degli ammassi stellari svolge un ruolo fondamentale. Gli ammassi, infatti, forniscono ricchi campioni di stelle coeve ma con un’ampia gamma di masse e temperature. Questo consente di ottenere misurazioni più precise della loro età, anche se comunque basate su modelli di evoluzione stellare.
Nel corso degli ultimi decenni, è stato sviluppato un metodo per la datazione delle stelle che si basa sulla misurazione dell’abbondanza superficiale di litio. Questo elemento chimico, infatti, viene rapidamente consumato all’interno delle stelle negli strati in cui la temperatura raggiunge i due milioni e mezzo di gradi. Ciò comporta una diminuzione dell’abbondanza chimica di litio osservata in una stella, specialmente durante la fase di pre-sequenza principale. La velocità con cui il litio viene consumato, tuttavia, è influenzata dall’evoluzione della struttura interna della stella e, di conseguenza, dalla sua massa. Le stelle di bassa massa mantengono una struttura convettiva, bruciando rapidamente il litio nella fotosfera. Con l’aumento della massa, le stelle sviluppano in fase di pre-sequenza un nucleo radiativo che riduce la profondità della regione convettiva. Se la base della regione convettiva si trova a temperature inferiori a due milioni e mezzo di gradi, il litio cessa di essere bruciato. Tutto ciò contribuisce a una complessa relazione tra la velocità con cui l’abbondanza di litio diminuisce nel tempo e le proprietà stellari, come la massa e la temperatura.
A complicare la situazione, nelle stelle di sequenza principale le abbondanze di litio variano notevolmente, suggerendo che altri fattori, come la rotazione o l’attività magnetica, possano svolgere un ruolo importante. A titolo di esempio, l’abbondanza di litio misurata nel Sole risulta essere centinaia di volte inferiore rispetto a quella misurata in altre stelle di tipo solare in sequenza principale. Sia queste discrepanze, che l’ampia gamma di abbondanze di litio osservate nelle stelle evolute, sfuggono ancora alla spiegazione di qualsiasi modello evolutivo attuale.
Il gruppo di ricercatori guidato dall’astrofisico R. D. Jeffries, dell’Astrophysics Group presso l’Università di Keele, ha sviluppato un modello che consente di determinare l’età delle stelle in base all’abbondanza di litio. Il modello è empirico, per poter spiegare le evidenze sperimentali che i modelli teorici non sono in grado di interpretare, ed è stato calibrato utilizzando misurazioni dell’abbondanza di litio in 52 ammassi stellari. Questo vasto campione di stelle, escluse le giganti, copre un intervallo di età che va da 2 milioni a 6 miliardi di anni, con temperature efficaci comprese tra 3000 e 6500 gradi Kelvin, e una vasta gamma di metallicità (cioè abbondanze di elementi pesanti rispetto all’idrogeno). I dati provengono dalla campagna osservativa Gaia-ESO Survey (GES), condotta utilizzando lo spettrografo FLAMES presso il Very Large Telescope dell’European Southern Observatory (ESO), e che ha fornito osservazioni spettroscopiche analizzate in modo omogeneo per oltre 100000 stelle. Il modello riesce a riprodurre con buona precisione l’età di stelle di classe spettrale M con un’età compresa tra 10 e 100 milioni di anni, stelle K tra 30 e 300 milioni di anni, e stelle G tra 100 milioni di anni e 1 miliardo di anni. L’accuratezza dell’età derivata dal modello diminuisce per stelle più vecchie, sia a causa delle basse abbondanze di litio nelle stelle, sia a causa dei loro lunghi tempi evolutivi. In questi casi, comunque, il modello fornisce dei limiti che possono ancora essere usati insieme ad altre tecniche di datazione delle stelle.
Il modello è stato anche applicato a un campione di 10 stelle giovani (cioè con un’età inferiore a 300 milioni di anni) note per ospitare esopianeti, confermando la giovinezza di tutte le stelle nel campione, ad eccezione di KOI-7913 e Kepler 16343. Il modello è stato applicato anche a un campione di sei gruppi di stelle in movimento, confermando la loro giovane età. Questo studio è descritto nell’articolo intitolato “
The Gaia-ESO Survey: empirical estimates of stellar ages from lithium equivalent widths (EAGLES)” recentemente pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Tra i coautori figura anche l’astrofisica L. Prisinzano dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
La figura (clicca qui per visualizzarla integralmente) presenta due spettri di stelle dell’ammasso 25 Ori (pannelli a e b). Le due stelle differiscono per temperatura efficace e velocità di rotazione. Le linee verticali blu delimitano la regione dello spettro utilizzata per misurare la larghezza equivalente della riga di assorbimento del litio a 6708 Å, da cui si ottiene l’abbondanza del litio. Il pannello (c), invece, illustra il grafico dell’abbondanza di litio in funzine della temperatura efficace delle stelle in ammassi stellari di diverse età, che fanno parte del training set di utilizzato per calibrare il modello.
