10.5 Validazione della teoria. Progressione di Hertzsprung.
Lo scenario teorico sin qui esaminato fa essenzialmente uso della valutazione dei periodi e della definizione dei bordi dell'instabilità pulsazionale. I moderni modelli pulsazionali non lineari e con adeguato trattamento temporale del'accoppiamento tra la pulsazione e la convezione superadiabatica offrono peraltro una informazione molto più dettagliata, essendo, in linea di principio, in grado di seguire l'andamento temporale della struttura lungo tutto il ciclo pulsazionale, fornendo previsioni dettagliate su rilevanti osservabili quali le curve di luce e quelle di velocità. Tali previsioni, al di là della quantificazione in termini di periodo e ampiezza della pulsazione, prese nella loro interezza offrono un formidabile strumento per indagare l'adeguatezza dello scenario teorico adottato. Si deve infatti richiedere che lo scenario teorico appaia in grado di riprodurre l'evoluzione temporale della curva di luce per ragionevoli condizioni sui parametri strutturali.
L'approccio a tale forma di validazione può seguire varie
traiettorie di indagine. La Fig. 10.10 riporta ad
esempio nel pannello di sinistra la curva di luce di una RRc di
campo, U Comae, di metallicità intermedia e con periodo P=0.29
d. Trattandosi di una stella di HB possiamo ragionevolmente
assumere una massa nell'intervallo M$\sim$0.6-0.8 M$_{\odot}$.
Assunto un valore della massa, per ogni assunto valore della
luminosità esiste uno e un sol valore di temperatura efficace
che soddisfi la fondamentale condizione di riprodurre il periodo
osservato. Occorre dunque verificare se tra queste $\infty^1$
coppie logL, logTe ne esista almeno una in grado di riprodurre la
curva di luce sperimentale. Ove non si trovi una soluzione
soddisfacente occorrerà modificare entro limiti ragionevoli le
condizioni sulla massa ed esplorare le nuove $\infty^1$ coppie
logL, logTe.
Fig. 10.10 A destra: Best fit della curva di luce di U
Comae per gli indicati parametri strutturali. A sinistra:
variazione della curva di luce teorica per incrementi della
temperatura effica di 50 K
L'insuccesso finale di tale procedura fornirebbe la prova
dell'inadeguatezza del quadro teorico adottato. Il successo,
purtroppo, non é prova assoluta di adeguatezza, ma può essere
riguardato come un confortante supporto alla teoria,
rappresentando in ogni caso una forma di validazione che dovrebbe
affiancare ogni valutazione teorica. La stesso pannello della Fig. 10.10
mostra come un ragionevole accordo tra teoria e
osservazione venga raggiunto quando si ponga M= 0.6 M$_{\odot}$,
logL= 1.607 logTe= 3.851 , parametri che appaiono in generale
accordo con le previsioni delle teorie evolutive. Il pannello di
destra della stessa figura mostra la grande sensibilità delle
curve di luce ai parametri di struttura, riportando i risultati di
simulazioni teoriche per il modello M= 0.6 M$_{\odot}$ al variare
della temperatura in intervalli di soli 50 K. Si noti la
contemporanea variazione di luminosità, imposta dalla condizione
di mantenere il periodo al valora assegnato.
Fig. 10.11 Best fit teorico delle due Cefeidi nella
Grande Nube di Magellano, come ottenuto per gli indicati parametri
strutturali.
Analoghe forme di validazione possono essere applicate al caso
delle Cefeidi. Il pannello di sinistra della Fig. 10.11
mostra al riguardo la curva di luce di una Cefeide della Grande
Nube di Magellano. Il caso delle Cefeidi é peraltro diverso da
quello delle RRLyrae, richiedendo procedure leggermente
modificate. Ricordiamo infatti come lo scenario pulsazionale per
le Cefeidi richieda che si fornisca per le strutture una
relazione massa-luminosità. Per ogni prefissata luminosità si
ha così una massa e quindi anche una e una sola temperatura per
ogni prefissato periodo. La semplificazione é peraltro puramente
apparente: se si applica alle giganti in combustione di He la
relazione massa luminosità in assenza di perdite di massa, le
curve di luce teoriche differiscono dalla osservata per ogni
assunto valore della luminosità. Come mostrato nello stesso
pannello si trova invece che l'accordo può essere raggiunto,
quando si modifichi la relazione massa-luminosità imponendo che
a fissata luminosità la massa sia minore della massa originale
o, il che é equivalente, che una prefissata massa della gigante
si trovi a luminosità più alte di quelle previste
dall'evoluzione a massa costante.
Il parametro libero di partenza non é più la massa, come nel caso delle RR Lyrae, ma la relazione massa luminosità. Ed il risultato evidenzia la potenza dell'approccio pulsazionale che pone inequivocabilmente in luce fenomeni dei quali avevamo evidenze indirette, ma che rimanevano mal riconoscibili nel cammino evolutivo delle strutture. La relazione massa-luminosità richiesta dalle curve di luce é infatti l'attesa conseguenza dei fenomeni di perdita di massa, cui si possono eventualmente aggiungere effetti di overshooting invasivo.
Nel caso in esame la validazione può essere ulteriormente perfezionata osservando che le Cefeidi della Grande Nube sono tutte alla stessa distanza, e quindi se lo scenario teorico é affidabile dovrà essere in grado di riprodurre anche altri pulsatori sotto la condizione di un medesimo modulo di distanza e quindi di luminosità che stanno tra loro nel rapporto desumibile dalle osservate differenze di magnitudine. Il successo di tale procedura é mostrato nel pannello di destra della Fig. 10.11, a ulteriore conforto delle attuali possibilità operative della teoria dei pulsatori radiali. Va peraltro avvisato che le procedure contemplano anche una calibrazione della mixing length, dal cui valore dipende non tanto la forma ma l'ampiezza della curva di luce.
Le due curve di luce riportate nella Fig. 10.11 consentono infine di illustrare una caratteritica osservativa che prende il nome di Progressione di Hertzsprung. Come indicato nella figura, tale progressione consiste nella apparizione di un “bump” che si sposta regolarmente lungo la curva di luce al variare del periodo. L'origine di tale bump é stata oggetto di molte e contrastanti discussioni. Qui ci interessa solo di segnalare che presenza e collocazione del bump emergono spontaneamente da appropriati calcoli pulsazionali. Per completezza, notiamo peraltro che, per motivi ancora ignoti, la teoria ha difficoltà a riprodurre la curva di luce delle RRab in prossimità del FRE.