Stelle variabili

Le stelle variabili (variable star) sono corpi celesti che si distinguono per la loro capacità di mutare la propria luminosità apparente nel corso del tempo. A differenza delle stelle stabili a luminosità costante, le stelle variabili presentano variazioni che possono essere minime o estremamente pronunciate, oscillando da lievi fluttuazioni di pochi millesimi di magnitudine a cambiamenti drastici che raggiungono le venti magnitudini. Il periodo di queste variazioni è altrettanto variegato, può avvenire in brevi frazioni di secondo o in diversi anni.

Un fatto sorprendente è che la maggior parte delle stelle, inclusa la nostra stella madre, il Sole, mostra variazioni di luminosità nel tempo. Il Sole, per esempio, subisce una variazione ciclica di luminosità dello 0,1% ogni 11 anni. Questo dato sottolinea come la variabilità luminosa non sia un fenomeno isolato, ma piuttosto un aspetto diffuso nell'ambito delle dinamiche stellari. Tuttavia, per stelle variabili si intendono quelle stelle che subiscono variazioni molto più marcate. Il Sole, invece, è considerata una stella stabile perché conserva quasi immutate le proprie caratteristiche per miliardi di anni.

Le cause della variabilità

La natura di questi cambiamenti può essere distinta in due categorie principali: variabili intrinseche e variabili estrinseche.

• Variabili intrinseche
  Le variabili intrinseche sono caratterizzate da modifiche reali nella luminosità emessa dalla stella, spesso dovute a trasformazioni interne come alterazioni nelle dimensioni dell'astro. Questi mutamenti possono essere il risultato di processi fisici complessi che avvengono nel nucleo della stella. Esistono diverse tipologie di stelle variabili di questo tipo:
  • Stelle variabili pulsanti
    Queste stelle mostrano un'espansione e una contrazione periodica del loro raggio. In genere sono stelle di grandi dimensioni, giganti o supergiganti, che si trovano negli ultimi stadi della loro vita e,quindi, sono molto esposte a fenomeni di contrazione ed espansione del loro raggio e diametro. Le variazioni del loro raggio sono dovute ai cambiamenti che si verificano nelle reazioni nucleari, all'instabilità tra la pressione verso l'esterno delle radiazioni e la forza gravitazionale verso l'interno. Questo fa "pulsare" le stelle aumentando e diminuendo il loro volume e la loro luminosità anche di molte magnitudini. In alcuni casi la variazione è talmente pronunciata che è possibile osservare delle stelle pulsanti anche nelle altre galassie vicine alla Via Lattea. Alcuni esempi di stelle pulsanti sono le stelle variabili di classe Mira, le Cefeidi, le RR-Lyrae, le Delta Scuti, le Alpha Cygni.
  • Stelle variabili eruttive
    Sono caratterizzate da brillamenti improvvisi e espulsioni di massa, eventi che si manifestano a seguito di intense attività magnetiche e turbolenze interne. I brillamenti, analoghi a quelli osservati nel Sole ma su scala molto più vasta, sono causate da variazioni del campo magnetico della stella che liberano grandi quantità di energia. Le espulsioni di massa, invece, sono causate dalle forze gravitazionali e termiche che espellono materiale dalla superficie stellare nello spazio esterno.
  • Stelle variabili cataclismiche o esplosive
    Subiscono cambiamenti drastici nel loro stato fisico, come avviene nelle novae o supernovae. Questi fenomeni astronomici si manifestano con brillamenti improvvisi e intensi, causati dall'accumulo e dalla successiva esplosione di materiale sulla superficie della stella. Durante queste esplosioni, vengono emesse enormi quantità di energia e luce, rendendo la stella temporaneamente molto più luminosa nel cielo notturno.
• Variabili estrinseche
  Le variabili estrinseche rappresentano quei fattori del cambiamento percepito nella luminosità che non è dovuto a una variazione effettiva della stella stessa, ma piuttosto a cause esterne che influenzano la quantità di radiazione che raggiunge la Terra. Un esempio classico di questo fenomeno è quando in un sistema binario una stella è periodicamente eclissata dall'altra stella orbitante, che altera la luminosità apparente vista dal nostro pianeta. Queste stelle si distinguono in diversi sottogruppi:
  • Stelle variabili a eclissi
    Sono stelle binarie che, dalla prospettiva della Terra, si eclissano a vicenda lungo il loro percorso orbitale. Questo fenomeno si verifica in un sistema binario o ternario quando una stella transita davanti all'altra dal nostro punto di osservazione. Quando le due stelle ruotano a distanza molto ravvicinata si parla di stelle a contatto.
  • Selle variabili rotanti
    La loro variabilità è legata alla rotazione della stella. Questo può essere dovuto a macchie estese sulla superficie stellare che alterano la luminosità, o a stelle che assumono una forma ellissoidale a causa dell'alta velocità di rotazione.

Lo studio delle stelle variabili si basa principalmente su tre tecniche: fotometria, spettrofotometria e spettroscopia. Queste tecniche consentono di misurare le variazioni di luminosità della stella, che possono essere rappresentate graficamente in curve di luce (light curve). Ad esempio, questa curva mostra la variazione di luminosità percepita di una stella quando un'altra stella gli orbita davanti. È un esempio tipico di stella variabile a eclissi.

Al momento T1, la stella rossa brilla con elevata luminosità apparente. Procedendo al momento T2, la stella gialla inizia il suo transito davanti alla stella rossa, causando una diminuzione progressiva della luminosità osservata. Nel culmine del transito, al momento T3, la stella gialla si posiziona completamente davanti alla stella rossa, riducendo la sua luminosità apparente al minimo. Successivamente, al momento T4, la stella gialla prosegue il suo movimento, uscendo dal campo visivo e permettendo alla luminosità della stella rossa di incrementare nuovamente. Infine, al momento T5, la luminosità della stella rossa ritorna al suo stato iniziale di elevata brillantezza.

Le stelle variabili a eclissi sono molto frequenti da osservare, perché gran parte dei sistemi stellari sono sistemi binari, ossia composti da due stelle. La variabilità dipende dal periodo orbitale, dalla massa e dalla distanza delle due stelle ed è necessario che il piano orbitale coincida con linea visiva di chi le osserva dalla Terra. Ovviamente, in questo caso si tratta solo di un cambiamento apparente della luminosità, perché non si verificano effettivi cambiamenti fisici intrinseci nei processi di reazione nucleare delle stelle.