A8.1 Strutture "Not-too-old" in combustione di He
Abbiamo visto come all'inizio della combustione di elio i modelli che portano alla transizione RGT si dispongano al variare della massa, e quindi dell'età, lungo una sequenza che raggiunge un minimo nella temperatura efficace per poi tornare verso alte temperature incrementando leggermente la loro luminosità. Possiamo trovare una ragione per tale andamento sulla base di semplici considerazioni strutturali svolte in analogia a quanto discusso nel caso delle ZAHB. Nel caso delle ZAHB il parametro libero era la perdita di massa, qui assumiamo come parametro libero l'età della struttura.
E' subito evidente che per età opportunamente alte ci attendiamo in combustione di elio stelle di massa poco superiore alla massa del nucleo elettronicamente degenere. Stelle quindi con shell di idrogeno poco efficiente, che si devono collocare ad alte temperature in prossimità della Sequenza Principale dell'He. Al diminuire dell'età cresce la massa della struttura e cresce con essa la massa dell'inviluppo di H: la shell di combustione dell'H diviene sempre più efficiente e la stella si sposta verso la sua traccia di Hayashi. Si può comprendere peraltro come tale processo non possa continuare indefinitamente. Al progressivo aumentare dell'inviluppo di H la produzione di energia della shell si viene peraltro a trovare in regioni sempre più interne, così che comincia sempre più ad essere “sentita” dalla stella come una combustione centrale e la stella riguadagna il suo cammino verso le alte temperature.
Accenni ad un simile comportamento si trovano già
all'estremità rossa di alcune ZAHB. La Fig. 8.14
mostra in dettaglio la distribuzione dei modelli che nel caso
Z=10-4 coprono il minimo in temperatura efficace di cui
andiamo discutendo. Nella stessa figura vengono riportati i
parametri evolutivi dei vari modelli: massa, età, abbondanza di
He nell'inviluppo (dopo il primo dredge up) e massa del nucleo di
He all'innesco della reazione <tex>3$\alpha$</tex>. La stessa figura riporta
anche le tracce evolutive dei vari modelli nella fase di
combustione di He centrale e la distribuzione dei modelli iniziali
per perdite di massa multiple di 0.1 $M_{\odot}$.
Fig. 8.14 Collocazione nel diagramma HR di modelli
in fase iniziale di combustione di elio al variare dell'età. Per
i vari modelli sono riportati massa (masse solari), età
(miliardi di anni), abbondanza di elio superficiale e massa del
nucleo di He. Per i vari modelli sono riportate anche le tracce
evolutive in fase di combustione centrale di He e gli spostamenti
del modello iniziale per perdite di massa multiple di 0.1
$M_{\odot}$.
E' subito visto che per età dell'ordine di quelle degli
Ammassi globulari galattici (11-12 Gyr) anche in assenza di perdita di
massa le stelle in combustione di elio si collocherebbero sul ramo
inferiore, prima del minimo in temperatura efficace. In tal caso,
come abbiamo già visto, anche contenute perdite di massa sono in
grado di aumentare notevolmente la temperatura efficace delle
strutture, creando i ben noti Rami Orizzontali. Il quadro cambia
notevolmente andando ad età minori, quali quelle rilevanti non
solo per alcuni ammassi stellari galattici di vecchio disco, ma
per Ammassi Globulari nelle Nubi di Magellano e per le popolazioni
stellari in alcune Galassie Nane del Gruppo locale.
Diminuisce infatti notevolmente la sensibilità alla perdita di
massa e la traiettoria dei modelli a massa variabile segue in
qualche maniera i precetti delineati in precedenza: ne segue in
particolare che la perdita di massa cessa di essere in grado di
portare le strutture verso le alte temperature. I Rami
Orizzontali restano quindi una prerogativa delle popolazioni
stellari, quali gli Ammassi Globulari galattici, con età
dell'ordine di quella dell'Universo (Tempo di Hubble).
Fig. 8.15 Modelli evolutivi di HB per stelle
“metal-deficient” originate da un progenitore di 1.0 $M_{\odot}$.
Si noti il “turn over” della ZAHB che segnala la massima
escursione dei modelli verso il rosso. Le linee a tratti
delimitano la regione di instabilità per pulsazioni radiali
delle variabili di tipo RR Lyrae.
Non sorprendentemente, in tale escursione delle strutture
pre-transizione verso il rosso il minimo di temperatura efficace
dipende sensibilmente dalla metallicità: diminuendo la
metallicità le stelle restano più calde. La Fig. 8.15 mostra come
scendendo a valori estremamente
bassi di Z il “turn over” dei modelli raggiunga temperature
dell'ordine 104 K, accadimento che può essere messo in
relazione con le diminuita efficienza della shell di combustione
dell'idrogeno. Come discuteremo in uno dei capitoli seguenti,
ciò avrà rilevanti conseguenze sulle predizioni concernenti
l'apparizione di stelle variabili nelle popolazioni più povere
di metalli.