Como se pode ver, por exemplo, a discussão do calendário e a duração do ano no Apêndice D do O Senhor dos Anéis , a Terra-média foi concebida como sendo parte da Terra em (como Tolkien diz em uma de suas cartas) "um estágio diferente da imaginação".
Tolkien não introduz "magia" em sua narrativa sem um propósito narrativo muito específico; portanto, deve-se ter cautela ao interpretar qualquer evento incomum como "mágica".
O primeiro lugar em O Senhor dos Anéis que exemplos de pessoas vendo estrelas durante o dia (e somente indiretamente) é, como você aponta, quando Gimli e Frodo olham no Mirrormere:
They stooped over the dark water. At first they could see nothing. Then slowly they saw the forms of the encircling mountains mirrored in a profound blue, and the peaks were like plumes of white flame above them; beyond there was a space of sky. There like jewels sunk in the deep shone glinting stars, though sunlight was in the sky above. Of their own stooping forms no shadow could be seen.
( A Sociedade do Anel , Livro II, Capítulo 6, "Lothlórien"; grifo nosso)
Claramente, alguma mágica é pretendida aqui; cf. a última estrofe do poema de Gimli em Moria:
But still the sunken stars appear
In dark and windless Mirrormere;
There lies his crown in water deep,
Till Durin wakes again from sleep.
Por outro lado, na passagem da Companhia Cinza pelos Caminhos dos Mortos, não há razão óbvia para acreditar que a magia esteja em jogo:
Suddenly [Gimli] heard the tinkle of water, a sound hard and clear as a stone falling into a dream of dark shadow. Light grew, and lo! the company passed through another gateway, high-arched and broad, and a rill ran out beside them; and beyond, going steeply down, was a road between sheer cliffs, knife-edged against the sky far above. So deep and narrow was that chasm that the sky was dark, and in it small stars glinted. Yet as Gimli after learned it was still two hours ere sunset of the day on which they had set out from Dunharrow; though for all that he could then tell it might have been twilight in some later year, or in some other world.
( O Retorno do Rei , Livro V, Capítulo 2, "A Passagem da Companhia Cinza"; ênfase adicionada)
Uma afirmação semelhante vale para a passagem em "De Tuor e sua vinda a Gondolin":
Tuor saw that they stood at the end of a ravine, the like of which he had never before beheld or imagined in his thought, long though he had walked in the wild mountains of the North; for beside the Orfalch Echor Cirith Ninniach was but a groove in the rock. Here the hands of the Valar themselves, in ancient wars of the world's beginning, had wrested the great mountains asunder, and the sides of the rift were sheer as if axe-cloven, and they lowered up to heights unguessable. There far aloft ran a ribbon of sky, and against its deep blue stood black peaks and jagged pinnacles, remote but hard, cruel as spears. Too high were those mighty walls for the winter sun to overlook, and though it was now full morning faint stars glimmered above the mountain-tops, and down below all was dim, but for the pale light of lamps set beside the climbing road.
( Contos Inacabados de Númenor e da Terra-média , Capítulo I, "De Tuor e sua vinda a Gondolin"; grifo nosso)
Assim, parece que estamos na Terra (como a conhecemos hoje em dia) e, em dois dos três casos, isso parece ser um efeito independente da magia. Por outro lado, Tolkien nunca - até onde posso descobrir - parece declarar abertamente sua crença (como o autor, não o narrador) de que se pode realmente ver estrelas durante o dia em tais circunstâncias.Eu concluo que não há nenhuma evidência específica apoiando a declaração de que Tolkien o homem acreditou no "conto das velhas esposas" que você mencionou, mas por outro lado não há razão para acreditar que isto foi um efeito introduzido por Tolkien porque a Terra-média era "diferente" ou "mágica".