Stella di tipo solare, analogo solare e gemella del Sole, sono tre definizioni date a stelle che presentano somiglianze con il Sole, in base a caratteristiche fisiche e fotometriche quali classe spettrale, massa, età, attività cromosferica, temperatura, metallicità, rotazione equatoriale, abbondanza di litio, cinematica e, di notevole importanza, se siano o no stelle singole e non binarie. Una stella simile al Sole ha maggiori possibilità di avere sistemi planetari simili al sistema solare, e di conseguenza di possedere pianeti simili alla Terra dove si possono essere sviluppate forme di vita[1].
L'ordine è crescente a seconda delle similitudini con la nostra stella, quindi una stella di tipo solare ha solo alcuni punti in comune con il Sole, mentre il termine stella gemella del Sole viene assegnato solo ad un ristretto numero di stelle con caratteristiche fisiche quasi identiche a quelle solari[2].
Similitudini con il Sole
Tau Ceti è una stella di tipo solare, anche se la bassa metallicità non la fa rientrare tra le analoghe solari.
La definizione delle tre categorie rispecchia l'evoluzione delle tecniche di osservazione astronomica nel corso del tempo. In origine gli astronomi definivano stelle "di tipo solare" (solar-type in inglese) le stelle che, rispetto alle altre, erano più simili al Sole. In seguito, il miglioramento degli strumenti e delle tecniche osservative hanno permesso una maggior precisione nella misurazione di dettagli chiave nelle caratteristiche stellari, come ad esempio la temperatura, consentendo la creazione di una categoria, più ristretta, di stelle "particolarmente" simili al Sole. Con il continuo miglioramento della precisione delle misure si è infine creata una categoria comprendente pochissime stelle che, per le proprie caratteristiche, sono indistinguibili rispetto al Sole, tanto da ricevere l'appellativo di "gemelle"[2][3].
Stella di tipo solare
La categoria "stella di tipo solare" è la meno restrittiva, e include stelle simili al Sole per massa e stadio evolutivo. Sono stelle di sequenza principale, con un indice di colore compreso tra 0,48 e 0,80, valori non troppo distanti dall'indice di colore del Sole, uguale a 0,65. In alternativa vengono considerate simili al Sole le stelle che vanno dal Tipo spettrale F8 al K2, che corrisponderebbero a valori più ampi dell'indice di colore, da 0,50 a 1,00.
Nella tabella sottostante sono elencate alcune stelle di tipo solare a meno di 50 anni luce dalla Terra, che non soddisfano tutti i criteri per essere considerate analoghe o gemelle solari. Il valore in rosso è quello non rispondente alla definizione di analogo solare.
Viene definita analogo o analoga solare (solar analog in inglese) una stella di sequenza principale simile al Sole, avente le seguenti caratteristiche:
Temperatura di ± 500 K rispetto a quella del Sole (approssimativamente da 5200 a 6300 K).
Metallicità tra il 50% e il 200% di quella del Sole, che implica che il disco protoplanetario della stella deve aver avuto quantità simili di polveri per la formazione dei pianeti.
Nessun compagno stellare in prossimità (ossia con periodo orbitale di dieci giorni o inferiore), poiché la vicinanza favorirebbe l'attività stellare.
Nella tabella sottostante, alcune analoghe solari entro 50 anni luce dal Sole.
Queste stelle hanno caratteristiche che le rendono ancora più simili al Sole delle analoghe solari; i criteri per poter definire una stella gemella del Sole sarebbero:
Temperatura di ± 10 K rispetto a quella del Sole.
Età di ±1 miliardi di anni rispetto al Sole (da 3,5 a 5,6).
Metallicità tra 89—112% di quella del Sole, il che significherebbe che il disco protoplanetario della stella dovrebbe aver avuto la stessa quantità di polveri per la formazione dei pianeti.
Nessun compagno stellare, cioè come il Sole non deve essere una stella binaria.
Nella tabella sotto, sono elencate alcune stelle che più si avvicinano a questi criteri. Tuttavia, essendo i limiti posti piuttosto restrittivi, molte delle stelle presenti nella lista sono solo "quasi-gemelle", come è il caso di 18 Scorpii, fino a poco tempo fa considerata la stella più simile al Sole conosciuta. In tempi recenti si è osservato che 18 Scorpii ed altre stelle di questa lista hanno un'abbondanza di litio superiore a quella del Sole; poiché la quantità di litio decresce più la stella invecchia, la sua abbondanza in una stella è sinonimo di un'età minore di quella del Sole.
Considerando anche l'abbondanza di litio, solo HD 101364 pare rispettare i severi requisiti per essere denominata una vera gemella del Sole, mentre HD 133600, pur avendo valori di litio bassi, ha una temperatura e un'età leggermente maggiori.
L'astronoma statunitense Margaret Turnbull, nella compilazione del suo catalogo HabCat, ha definito un altro modo per classificare una stella come analoga solare o gemella del Sole, basandosi sulla possibilità che questa possa offrire un ambiente ospitale per un pianeta di tipo terrestre. Le qualità prese in considerazione includono variabilità, massa, età, metallicità e ambiente circostante[28].
Una stella ideale di questo tipo dovrebbe avere:
Almeno 3 miliardi di anni
Essere di sequenza principale
Non-variabile
In grado di ospitare pianeti terrestri
Deve supportare una zona abitabile dinamicamente stabile
Il requisito che una stella dovrebbe rimanere in sequenza principale almeno 3 miliardi di anni impone il limite superiore di massa di 1,5 M☉ corrispondente a stelle di classe spettrale F5V e non più calde. Queste stelle possono raggiungere, alla fine della sequenza principale, una magnitudine assoluta di 2,5 e una luminosità 8 volte superiore a quella solare. La variabilità dovrebbe essere inferiore all'1%. Variazioni sull'irraggiamento della zona abitabile da parte di un'eventuale stella compagna posta su un'orbita eccentrica costituirebbe un problema. Pianeti terrestri posti in sistemi multipli di tre o più stelle probabilmente non avrebbero orbite stabili per lunghi periodi di tempo. Anche la presenza di un pianeta gioviano con orbita eccentrica potrebbe disturbare le orbite di pianeti terrestri nella zona abitabile[28].
La metallicità dovrebbe essere almeno del 40% di quella solare ([Fe/H] = -0,4), per consentire la formazione di pianeti terrestri. Un'alta metallicità è correlata ad una probabile presenza di gioviani caldi, ma questi non sono una barriera assoluta per la vita, così come non lo sono giganti gassosi all'interno della zona abitabile, in quanto questi potrebbero possedere lune di dimensioni terrestri potenzialmente abitabili.
Un esempio di una stella gemella del Sole con questi requisiti è HD 70642[29].
^ Vázquez, M.; Pallé, E.; Rodríguez, P. Montañés, Is Our Environment Special?, in The Earth as a Distant Planet: A Rosetta Stone for the Search of Earth-Like Worlds, Astronomy and Astrophysics Library, Springer New York, 2010, pp. 391–418, DOI:10.1007/978-1-4419-1684-6, ISBN978-1-4419-1683-9.
^ Takeda, Y.; Tajitsu, A., High-Dispersion Spectroscopic Study of Solar Twins: HIP 56948, HIP 79672, and HIP 100963, in Publications of the Astronomical Society of Japan, vol. 61, 2009, p. 471, arXiv:0901.2509T.
^ab Turnbull, M. C., Tarter, J. C., Target Selection for SETI. I. A Catalog of Nearby Habitable Stellar Systems, in The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 145, n. 181, 2002. arΧiv:astro-ph/0210675
