FORSE ORIGINATA IN UN SISTEMA DI DUE NANE BIANCHE

La supernova povera di idrogeno

La supernova SN2011fe, la più vicina di tipo Ia negli ultimi 20 anni, si sarebbe prodotta in un sistema binario composto da due nane bianche. I risultati, basati sui dati raccolti dallo spettrometro MODS installato al Large Binocular Telescope, verranno pubblicati in un lavoro sulla rivista The Astrophysical Journal. Il commento di Paolo Mazzali (INAF).

La supernova di tipo Ia SN2011fe, apparsa nella galassia M101, nota anche come 'girandola', il 24 agosto 2011. Crediti: B. J. Fulton, Las Cumbres Observatory Global Telescope Network

Il suo nome, SN2011fe, potrebbe sembrare una sequenza di lettere e numeri qualsiasi, ma in realtà dietro questa sigla si cela l’esplosione di supernova di tipo Ia più vicina a noi negli ultimi decenni. Un evento tanto raro da mobilitare astrofisici di tutto il mondo, che hanno puntato i migliori strumenti a loro disposizione per studiarla con il maggior livello di dettaglio possibile. I primi risultati scientifici sono già arrivati: ne abbiamo parlato su Media INAF in un articolo del dicembre scorso (Supernova in anteprima) quando una collaborazione internazionale che vede coinvolti ricercatori e telescopi INAF aveva colto le primissime fasi dell’evento, ben tre settimane prima che la luminosità della supernova raggiungesse il suo massimo.

L’ultimo lavoro su questo oggetto celeste, condotto da un team di scienziati guidato da Ben Shappee, dottorando presso la Ohio State University e in pubblicazione su The Astrophysical Journal, è stato realizzato sfruttando  i dati raccolti dallo spettrografo MODS (Multi-Object Double Spectrograph) installato sul Large Binocular Telescope (LBT), il grande telescopio binoculare che opera da Mount Graham in Arizona e di cui l’INAF è partner. Le conclusioni dello studio indicano come la supernova si sia generata in seguito all’accrescimento di massa di una nana bianca in un sistema binario, a scapito della sua stella compagna che sarebbe stata a sua volta una nana bianca.

Il caso di SN2011fe sembra dunque favorire questo processo di innesco. Ma altri studi su supernovae di tipo Ia sembrano propendere per lo scenario dell’accrescimento di una nana bianca da una stella simile al sole o a una gigante rossa. Quale è dunque l’eccezione e quale la regola tra i due processi? Difficile ancora dare una risposta, sulla quale la comunità scientifica mondiale si sta confrontando da anni con grande fervore. A tal proposito abbiamo raccolto il commento di Paolo Mazzali, dell’Osservatorio Astronomico di Padova dell’INAF, esperto di supernovae e uno degli autori della scoperta ‘in anteprima’ di SN2011fe.

A causa della loro relativa uniformità, e della caratteristica nucleosintesi che favorisce elementi disposti sulla catena dell’Elio, si ritiene che il più probabile progenitore delle supernovae di tipo Ia, che sono usate per misurare l’espansione del’Universo grazie alla loro luminosità, siano nane bianche (stelle in cui il materiale raggiunge alte densità e il gas è quindi “degenerato”) che raggiungono una massa vicina limite (massa di Chandrasekhar) in cui collasserebbero in stelle di neutroni, ma  che, a causa delle alte temperature raggiunte nel nucleo, innescano reazioni nucleari esplosive prima di collassare, esplodendo completamente, senza lasciare residui compatti.

L’unico modo per una nana bianca di aumentare la sua massa è di accrescere a spese di una stella compagna in un sistema binario. Storicamente, due scenari evolutivi sono stati sviluppati per descrivere questo tipo di evento. In un caso la nana bianca ha come compagna una stella meno evoluta, una gigante rossa o una stella di sequenza principale, che ha raggio molto più grande ma massa inferiore, e quindi densità inferiori, e può perdere materia quando il suo raggio cresce fino a riempire il “Lobo di Roche”, cioè la superficie equipotenziale che racchiude le due stelle, e che dipende dalla loro massa e separazione.  Alternativamente, due nane bianche potrebbero fondersi. In questo caso entrambe le stelle sono evolute e la distanza orbitale diminuisce lentamente a causa della radiazione di onde gravitazionali implicita nel loro moto orbitale. Le due nane bianche alla fine vengono ad unirsi, raggiungendo la massa e temperatura critica per la esplosione di una supernova Ia.

I ricercatori ultimamente stanno cercando di trovare tracce dei due sistemi, che potrebbero entrambi esistere. Un possibile indicatore dello scenario ‘Nana bianca più stella di grande raggio’ è la presenza di idrogeno, donato alla nana bianca o rimosso dalla stella meno evoluta a causa del passaggio del materiale ad alta velocità espulso nella Supernova.

Finora gli studi sulla presenza di idrogeno non hanno trovato l’emissione predetta da alcuni modelli. Invero esistono supernovae Ia in cui è stato osservato idrogeno in grandi quantità, ma manca l’evidenza del caso in cui piccole quantità di questo elemento siano rimosse dalla supernova. Ci si aspetta che in questo caso una debole emissione della riga di H-alfa nello spettro dell’idrogeno sia presente nello spettro in fase nebulare, un anno circa dopo l’esplosione.

Limiti alla quantità di idrogeno erano stati trovati in passato. Con la scoperta di SN2011fe (Nugent et al 2012), la più vicina di tipo Ia in oltre 20 anni, questi studi possono essere raffinati. Il risultato di Shappee et al. rafforza il caso per un sistema di due nane bianche anche se, basandosi su previsioni teoriche della quantità di idrogeno rimosso, lascia un margine di incertezza. Varie linee di evidenza, però, suggeriscono che nel caso di SN2011fe lo scenario di due oggetti celesti degeneri sia quello che effettivamente ha dato origine alla supernova.