Le stelle cefeidi

Le cefeidi sono una classe di stelle giganti pulsanti, uniche nel loro genere, caratterizzate da un aumento e una diminuzione periodica nel loro diametro, temperatura e luminosità. Queste stelle variabili modificano ciclicamente il loro aspetto in periodi che vanno da poche ore a un centinaio di giorni. È una classe eterogenea composta da stelle molto diverse tra loro che variano per colore, temperatura effettiva, dimensioni e composizione stellare. Tutte hanno però in comune il fatto di essere stelle pulsanti, di avere un periodo di variazione della luminosità compreso tra 0.2 e 100 giorni e il fatto che il raggio della stella aumenti in proporzione con l'aumento della luminosità. Il motivo per cui le Cefeidi sono così importanti in astronomia è la loro relazione periodo-luminosità: il periodo di variazione della loro luminosità è strettamente correlato alla loro luminosità media. Questo rende le Cefeidi strumenti preziosi per calcolare le distanze astronomiche.

Il termine "cefeidi" trae origine dalla stella Delta Cephei, la seconda stella di questo tipo ad essere scoperta, divenendo così il prototipo per questa classe di stelle. La prima cefeide osservata fu, in realtà, Eta Aquilae. Con il progredire delle osservazioni astronomiche, le cefeidi sono state identificate prima nelle Nubi di Magellano e successivamente in altre galassie.

Le Cefeidi sono caratterizzate anche da un'elevata magnitudine e da un periodo di variazione della luminosità regolare e costante. Questa pulsazione regolare rende le cefeidi indicatori estremamente affidabili per misurare le distanze astronomiche. Conoscendo la magnitudine assoluta (M) e apparente (m) di una stella, si può calcolare con buona approssimazione la distanza dalla Terra. Le Cefeidi sono considerate una specie di candele o fari galattici. La formula per calcolare la distanza (D) in kpc di una stella di questa classe è la seguente:

$$ 5 \log \frac{D}{kpc} = m - M + 5 $$

Per questa ragione le cefeidi sono notevoli per il loro ruolo come "candele standard" nell'universo. La loro rilevanza deriva dalla relazione diretta tra il loro periodo di pulsazione e la loro luminosità intrinseca. Questa peculiarità le rende strumenti essenziali per esplorare l'espansione dell'universo e per affinare altre scale di distanza cosmica.

Perché la pulsazione delle cefeidi è regolare? Le cefeidi sono un tipo di stelle che pulsano, ovvero si espandono e si contraggono in modo ritmico. Questo avviene a causa di un processo che coinvolge l'elio (e altri gas) negli strati più esterni della stella. Quando l'elio si ionizza, cioè perde o guadagna elettroni, rende la stella più opaca. Questa opacità fa aumentare la temperatura e la pressione all'interno della stella, spingendola ad espandersi. Poi, quando l'elio ritorna al suo stato originario (si deionizza), la stella si raffredda e si contrae. Questo ciclo di espansione e contrazione avviene in modo costante e regolare, creando la pulsazione che osserviamo nelle cefeidi.

Tipologie di cefeidi

Le cefeidi si dividono in due categorie principali in base alla massa:

• Cefeidi di Tipo I (pesanti o classiche)
  Sono stelle più pesanti e comuni. Per questa ragione sono anche dette "classiche". In genere si tratta di giovani stelle supergiganti fino a 20 masse solari. Hanno un periodo di variazione della luminosità più breve e sono generalmente più luminose.
• Cefeidi di Tipo II (leggere)
  Sono stelle più vecchie, meno massicce e meno luminose rispetto alle Cefeidi classiche. Hanno un periodo di variazione della luminosità più lungo, compreso tra 1 e 50 giorni. La magnitudine è più bassa rispetto alle cefeidi classiche ma comunque superiore alle RR Lyrae.

Questa distinzione è importante perché influisce sulla loro luminosità e sul periodo di pulsazione, fornendo indizi essenziali sulla loro evoluzione stellare e sulla composizione chimica delle loro galassie ospitanti.