SI PENSAVA FOSSE LA SUPERNOVA PIÙ POTENTE

La stella che cadde nel buco nero rotante

Quello che si credeva il lampo di supernova più luminoso mai registrato sembra invece essere il frutto di un evento ancora più estremo e raro: un buco nero in rapida rotazione che riduce a brandelli una stella che gli si è avvicinata troppo. Lo studio, a cui ha partecipato Nancy Elias-Rosa dell’INAF, è stato pubblicato sul primo numero di Nature Astronomy. Con il commento di Massimo Della Valle (INAF)

Rappresentazione artistica d’un buco nero supermassiccio in rapida rotazione, circondato da un sottile disco di materia in rotazione, che rappresenta ciò che rimane di una stella ridotta in brandelli dalle forze mareali del buco nero. Crediti: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Il 14 giugno 2015, il campionamento a tutto cielo per rilevare supernove denominato ASAS-SN, dall’inglese All Sky Automated Survey for SuperNovae, rilevò l’accensione di un puntino luminoso all’interno di un’anonima galassia a 3.8 miliardi di anni luce. Un evento transiente di inusuale potenza, denominato ASASSN-15lh e classificato come una supernova superluminosa (o ipernova), l’esplosione cioè di una stella molto massiccia alla fine della propria vita. La sua luminosità di picco risultò 20 volte maggiore della luce totale prodotta dalla Via Lattea, il doppio del precedente record, facendo di ASASSN-15lh la supernova più brillante mai osservata. Un recentissimo studio a partecipazione INAF  ha poi identificato come possibile motore per tale sorprendente fenomeno l’energia rotazionale di un buco nero rotante (o di Kerr)

Un nuovo studio, comparso oggi sulla neonata rivista Nature Astronomy, riporta come una folta collaborazione internazionale, guidata da Giorgos Leloudas del Weizmann Institute of Science, Israele, e del Dark Cosmology Centre, Danimarca, abbia effettuato ulteriori 10 mesi di osservazioni dopo della distante galassia in cui è avvenuta l’esplosione, proponendo quindi una diversa spiegazione per l’evento straordinario, causato più probabilmente da un buco nero supermassiccio in rapida rotazione che ha distrutto una stella di piccola massa.

Nancy Elias-Rosa

«Questo è un risultato unico e molto importante», commenta a Media INAF Nancy Elias-Rosa, coautrice del nuovo studio, ricercatrice di origine spagnola che da anni si occupa di supernove e oggetti transienti all’INAF di Padova. «ASASSN-15lh fu classificata, poco dopo la sua scoperta, come una supernova superluminosa. Tuttavia, grazie alla lunga campagna d’osservazione e alla collaborazione internazionale di molti scienziati, abbiamo trovato che molti aspetti del suo comportamento suggeriscono invece che questo oggetto sia uno dei più luminosi eventi di distruzione mareale di una stella mai scoperti».

In questo scenario, le forze gravitazionali estreme del buco nero supermassiccio, nel centro della galassia ospite, hanno dilaniato una stella simile al Sole che gli si è avvicinata troppo. Un evento cosiddetto di distruzione mareale, finora osservato solo in una decina di casi. Nel processo, la stella è stata “spaghettificata” e le onde d’urto sviluppate tra i detriti della collisione, assieme al calore prodotto dall’accrescimento, hanno prodotto un lampo di luce. Ciò ha dato all’evento l’aspetto di un’esplosione di supernova molto brillante, anche se la stella aveva una massa troppo piccola per poter mai aspirare di diventare una supernova.

«Oggetti come questi sono rari», aggiunge Elias-Rosa, «e vengono osservati principalmente ad alte frequenze, perché è in quei domini che emettono il massimo di luminosità. Da qui l’importanza delle osservazioni di ASASSN-15lh fatte nella banda ottica. Con le future survey, LSST in particolare, ci aspettiamo che il numero di scoperte di questi oggetti aumenti esponenzialmente, dandoci così modo di caratterizzarle correttamente».

Il gruppo di ricerca ha basato le proprie conclusioni su osservazioni realizzate da un certo numero di telescopi, sia da terra che dallo spazio, tra cui potenti telescopi ottici come il VLT (Very Large Telescope) all’Osservatorio di Paranal dell’ESO, l’NTT (New Technology Telescope) all’Osservatorio di La Silla dell’ESO e il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA.

I dati hanno rivelato che, nel corso dei dieci mesi di osservazioni, l’evento ha attraversato tre diverse fasi, riconducibili più a ciò che ci si aspetta da un evento di distruzione mareale che a una supernova. Ad esempio, l’aumento della luminosità in luce ultravioletta e l’aumento della temperatura riducono la probabilità che si sia trattato di un evento simile a una supernova. Inoltre, l’ubicazione dell’evento – una galassia rossa, massiccia e passiva – non è il luogo in cui di solito ci sia aspetta un’esplosione superluminosa di supernova, ovvero una galassia nana blu, caratterizzata da alta formazione stellare.

Questa rappresentazione artistica mostra una stella simile al Sole vicina a un buco nero supermassiccio in rapida rotazione, con una massa di circa 100 milioni di volte la massa del Sole, nel centro di una galassia lontana. La sua grande massa curva la traiettoria della luce proveniente dalle stelle e dal gas che si trovano al di là. Nonostante sia molto più massiccio della stella, il buco nero supermassiccio ha un orizzonte degli eventi solo 200 volte più grande della dimensione della stella. La sua rotazione veloce ne cambia la forma in uno sferoide oblato. Crediti: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Ma c’è un altro punto da chiarire. La massa della galassia ospite in questione implica che il buco nero supermassiccio al centro abbia una massa di almeno 100 milioni di volte quella del Sole. Un buco nero di questa massa non sarebbe di per sé in grado di distruggere una stella al di fuori del proprio orizzonte degli eventi, il limite entro il quale nulla può sfuggire alla sua attrazione gravitazionale. Ma se il buco nero è di un tipo particolare, cioè in rapida rotazione – un cosiddetto buco nero di Kerr – la situazione cambia e il limite non si applica più. Quindi, sostengono gli autori, ASASSN-15lh deve essere stato prodotto dall’interazione con un buco nero di Kerr.

«Anche usando tutti i dati raccolti finora, non possiamo stabilire con certezza assoluta che ASASSN-15lh sia stato un evento di distruzione mareale», dice in conclusione Leloudas. «Ma per il momento è la spiegazione di gran lunga più probabile».

«L’unica cosa certa è che ASASSN-15lh è un oggetto straordinario, ed è quindi naturale che abbia attirato l’attenzione di numerosi team e dato adito a interpretazioni diverse», commenta Massimo Della Valle dell’INAF di Napoli, non direttamente coinvolto in questo studio ma autore di altre ricerche sull’argomento. «La straordinarietà  di questa sorgente risiede nell’incredibile quantità di energia emessa, qualcosa come 1052 erg dissipati in energia cinetica ed energia luminosa in poche settimane».

Valori di queste dimensioni hanno portato a studiare scenari alternativi a quello della supernova superluminosa, come appunto un buco nero in rapida rotazione che “accende” la supernova, oppure un’esotica Quark Nova, la transizione esplosiva da stella di neutroni a stella di quark.

«L’idea di un stella tipo Sole ingoiata dal buco nero centrale supermassiccio della galassia, proposta dagli autori di questo lavoro, è certamente accattivante», continua Della Valle, «e spiega bene due aspetti osservativi di ASASSN-15lh: la location dell’evento, nelle zone centrali della galassia, e il flash UV osservato nelle fasi iniziali dell’emissione. Qualche difficoltà invece incontra nello spiegare la morfologia della curva di luce, che viene invece ben interpretata dall’idea dello spinning down di un buco nero di Kerr stellare. La situazione è ancora molto fluida e solo l’osservazione di altri fenomeni di questo tipo, assieme allo studio dell’ambiente nel quale si manifestano, potranno fornirci maggiori dettagli».

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Per saperne di più:

  • Leggi il preprint dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy “The Superluminous Transient ASASSN-15lh as a Tidal Disruption Event from a Kerr Black Hole”, di G. Leloudas, M. Fraser, N. C. Stone, S. van Velzen, P. G. Jonker, I. Arcavi, C. Fremling, J. R. Maund, S. J. Smartt, T. Kruhler, J. C. A. Miller-Jones, P. M. Vreeswijk, A. Gal-Yam, P. A. Mazzali, A. De Cia, D. A. Howell, C. Inserra, F. Patat, A. de Ugarte Postigo, O. Yaron, C. Ashall, I. Bar, H. Campbell, T.-W. Chen, M. Childress, N. Elias-Rosa, J. Harmanen, G. Hosseinzadeh, J. Johansson, T. Kangas, E. Kankare, S. Kim, H. Kuncarayakti, J. Lyman, M. R. Magee, K. Maguire, D. Malesani, S. Mattila, C. V. McCully, M. Nicholl, S. Prentice, C. Romero-Canizales, S. Schulze, K. W. Smith, J. Sollerman, M. Sullivan, B. E. Tucker, S. Valenti, J. C. Wheeler e D. R. Young

Fonte: ESO