Il mistero delle stelle giganti rosse resisteva da mezzo secolo, e nessuno riusciva a spiegare come il materiale prodotto nelle profondità di questi astri riuscisse a raggiungere la superficie. Ora, grazie a simulazioni condotte con supercomputer di ultima generazione, un gruppo di astronomi ha finalmente trovato la risposta. E la chiave di tutto è qualcosa di sorprendentemente semplice: la rotazione stellare.
Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, è frutto del lavoro di ricercatori della University of Victoria e della University of Minnesota. Da decenni si sapeva che le reazioni nucleari nel cuore delle giganti rosse alterano la composizione chimica interna, ma una barriera stabile separava quella zona dal cosiddetto involucro convettivo esterno. Il problema era capire come certi elementi riuscissero ad attraversarla. Sin dagli anni Settanta, gli astronomi avevano osservato cambiamenti nella chimica superficiale di queste stelle, per esempio nelle proporzioni tra carbonio 12 e carbonio 13, ma nessuno aveva individuato il meccanismo responsabile.
Simon Blouin, ricercatore alla University of Victoria e autore principale dello studio, ha spiegato che grazie a simulazioni 3D ad alta risoluzione il team è riuscito a identificare l’impatto della rotazione sulla capacità degli elementi di superare quella barriera. La rotazione, in pratica, amplifica in modo drammatico l’efficacia delle onde interne generate dai moti convettivi, permettendo un rimescolamento del materiale che corrisponde perfettamente a quanto osservato in superficie. Senza rotazione, queste onde trasportano pochissimo materiale. Con la rotazione, il tasso di rimescolamento aumenta di oltre 100 volte. E più la stella gira veloce, più il processo si intensifica.
Simulazioni rese possibili solo dai nuovi supercomputer
Per arrivare a questo risultato, il team ha utilizzato simulazioni idrodinamiche tridimensionali, strumenti computazionali enormemente complessi che modellano il flusso di materia all’interno delle stelle. Come ha sottolineato Falk Herwig, direttore dell’Astronomy Research Centre della University of Victoria e responsabile del progetto, fino a poco tempo fa le limitazioni nella potenza di calcolo impedivano di testare quantitativamente l’ipotesi della rotazione. La svolta è arrivata grazie alle risorse del Texas Advanced Computing Centre e soprattutto del cluster Trillium, lanciato nell’agosto 2025 presso il SciNet della University of Toronto. Trillium è tra i sistemi più potenti disponibili in Canada per simulazioni accademiche su larga scala e fa parte della Digital Research Alliance of Canada.
Herwig ha dichiarato che la scoperta di questo nuovo processo di rimescolamento stellare è stata possibile solo grazie all’immensa potenza di calcolo di Trillium: si tratta delle simulazioni di convezione stellare e onde gravitazionali interne più impegnative dal punto di vista computazionale mai realizzate fino ad oggi.
Oltre l’astrofisica
Un aspetto interessante è che le stesse tecniche computazionali sviluppate per questo studio possono essere applicate ben oltre i confini dell’astrofisica. Gli approcci usati per modellare il flusso di materia nelle stelle giganti rosse sono utili anche per comprendere meglio le correnti oceaniche, i fenomeni atmosferici e persino il flusso sanguigno nel corpo umano. Herwig sta già collaborando con ricercatori di questi settori per costruire strumenti condivisi e infrastrutture di simulazione su larga scala.
Blouin, dal canto suo, intende proseguire esplorando come la rotazione stellare influenzi diversi tipi di stelle e se processi simili si verifichino in altre fasi dell’evoluzione stellare. Dato che anche il Sole diventerà una gigante rossa, questi risultati offrono anche uno sguardo concreto su cosa accadrà al nostro astro in futuro. La ricerca è stata sostenuta dal Natural Sciences and Engineering Research Council, dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.