GAS IN VIAGGIO A VENTIMILA CHILOMETRI AL SECONDO

Il triangolo esplosivo di Eta Carinae

Un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università dell'Arizona e dello Space Telescope Science Institute ha determinato la velocità del materiale espulso da Eta Carinae in seguito alla Grande Eruzione osservata a metà del 1800 e ha proposto un’ipotesi che sembrerebbe in grado di spiegare molte delle evidenze osservate. All’origine del fenomeno esplosivo potrebbe esserci un sistema di tre stelle, con un evento drammatico nel quale due delle tre stelle si sono fuse in un’unica mostruosa stella

Immagine scattata dal telescopio spaziale Hubble che mostra Eta Carinae e la Nebulosa Omuncolo che la circonda. Crediti: Hst

Immaginate di viaggiare verso la Luna e di arrivarci in soli 20 secondi! È questa la velocità che ha raggiunto il materiale espulso in seguito alla Grande Eruzione avvenuta su Eta Carinae, una stella estremamente massiccia, instabile ed esplosiva. Gli astronomi sostengono che questo gas, scagliato nello spazio durante l’esplosione stellare, sia il più veloce ad oggi misurato. L’esplosione, avvenuta su una delle stelle più luminose della nostra galassia, ha rilasciato un quantitativo di energia paragonabile a quella di una tipica esplosione di supernova, che avrebbe però distrutto la stella. Tuttavia, in questo caso, il sistema stellare doppio è rimasto intatto e un nuovo studio in uscita su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ha dimostrato che tale sistema potrebbe avere giocato un ruolo fondamentale nelle condizioni che hanno portato alla colossale esplosione.

Negli ultimi sette anni, un team di astronomi guidato da Nathan Smith, dell’Università dell’Arizona, e Armin Rest, dello Space Telescope Science Institute, ha determinato la portata di questa esplosione stellare estrema osservando gli echi della luce proveniente da Eta Carinae e dai suoi dintorni.

Gli echi di luce si verificano quando la luce generata da eventi brillanti e di breve durata viene riflessa da nubi di polvere, che agiscono come specchi lontani, reindirizzando la luce nella nostra direzione. Come un’eco audio, il segnale in arrivo della luce riflessa ha un ritardo temporale rispetto all’evento originale, a causa del valore finito della velocità della luce. Nel caso di Eta Carinae, l’evento brillante è stata la cosiddetta Grande Eruzione, una vasta esplosione stellare che ha espulso un’enorme quantità di massa. Il segnale ritardato di questa eco ha permesso agli astronomi di studiare la luce proveniente dall’esplosione con i moderni telescopi e strumenti astronomici, anche se l’esplosione originale fu vista dalla Terra a metà del diciannovesimo secolo, quando gli attuali strumenti, come lo spettrografo astronomico, non erano ancora stati inventati.

«L’eco luminosa costituisce l’alternativa migliore al viaggio nel tempo», dice Smith. «Ecco perché gli echi di luce sono così belli: ci danno la possibilità di svelare i misteri di una rara esplosione stellare che è stata vista 170 anni fa, usando i nostri moderni telescopi e le fotocamere. Possiamo anche confrontare queste informazioni con il resto della nebulosa, di cui siamo stati testimoni 170 anni fa. Fu senza dubbio una gigantesca esplosione stellare di un mostro molto raro, un evento che si pensa non fosse mai accaduto prima nella nostra galassia».

A seguito di questa grande esplosione, Eta Carinae divenne la seconda stella più brillante del cielo, dopo Sirio, superando ampiamente – per qualche decina di anni – l’energia prodotta da ogni altra stella della Via Lattea. Successivamente le polveri e i gas espulsi durante l’esplosione hanno oscurato buona parte della sua luce e la stella è svanita alla vista. L’esplosione ha espulso il materiale (circa 10 volte superiore alla massa del nostro Sole) che è andato a formare la brillante nube di gas incandescente conosciuta come Nebulosa Omuncolo (Homunculus, che in latino significa piccolo uomo). Questo resto a forma di manubrio circonda la stella all’interno di una vasta regione di formazione stellare, e può essere visto usando piccoli telescopi amatoriali, dall’emisfero australe e dalle regioni equatoriali della Terra, anche se è molto più facile osservarlo nelle immagini del telescopio spaziale Hubble.

Per compiere le osservazioni, il team ha usato strumenti al telescopio di 8 metri dell’Osservatorio Gemini South (sulla sommità del Cerro Pachon, in Cile), al telescopio Blanco da 4 metri (situato all’osservatorio di Cerro Tololo, in Cile) e il Magellan Telescope dell’Osservatorio Las Campanas, con i quali è riuscito a decodificare la luce di questi echi e capire le velocità di espansione del materiale. «La spettroscopia Gemini ci ha permesso di individuare le velocità senza precedenti osservate in questo gas, che sono risultate essere tra 10mila e 20mila chilometri al secondo», spiega Rest.

«Vediamo queste velocità estremamente elevate tutte le volte che assistiamo a esplosioni di supernove nelle quali la stella viene completamente distrutta», nota Smith. Tuttavia, in questo caso, la stella è sopravvissuta, e cercare di spiegarne il perché ha portato i ricercatori ad addentrarsi in un nuovo territorio. «Qualcosa deve aver scaricato moltissima energia nella stella in un breve lasso di tempo», ha detto Smith. Il materiale espulso da Eta Carinae sta viaggiando fino a 20 volte più velocemente di quanto ci si aspetterebbe in una situazione analoga. Questo, secondo Smith e i suoi collaboratori, potrebbe essere spiegato con l’aiuto di due stelle compagne che potrebbero giustificare il flusso estremo.

I ricercatori suggeriscono che il modo più semplice per spiegare la maggior parte delle evidenze osservate intorno all’esplosione e ai resti del sistema stellare ancora oggi visibile, è supporre un’interazione di tre stelle, con un evento drammatico nel quale due delle tre stelle si sono fuse in un’unica mostruosa stella. Se questo è il caso, il sistema binario attuale deve essere iniziato come sistema triplo, con una di queste due stelle che ha mangiato la sorella. «Comprendere le dinamiche e l’ambiente intorno alle stelle più grandi della nostra galassia è una delle aree di ricerca più complicate in astronomia», dice Richard Green, direttore della Divisione di scienze astronomiche della National Science Fundation (Nsf), la principale agenzia di finanziamento per Gemini. «Le stelle molto massicce vivono una vita breve rispetto a quelle come il nostro Sole; ciononostante, riuscire a catturarne una durante un importante passo evolutivo è statisticamente improbabile. Ecco perché il caso di Eta Carinae è cruciale, e perché Nsf supporta questo tipo di ricerca».

Chris Smith, capo della missione presso l’Osservatorio Aura in Cile e parte del gruppo di ricerca aggiunge: «Sono elettrizzato dal fatto che possiamo vedere echi di luce provenienti da un evento osservato da John Herschel a metà del diciannovesimo secolo. Ora, più di 150 anni dopo, grazie a questi echi di luce, possiamo guardare indietro nel tempo e svelare i segreti di questa aspirante supernova, usando la moderna strumentazione di Gemini per analizzare la luce in un modo che Herschel non avrebbe nemmeno potuto immaginare!».

Questa sequenza di immagini mostra una rappresentazione artistica dell’onda originata dall’esplosione osservata nel 1843, che si sta espandendo da Eta Carinae. La prima immagine mostra la stella come potrebbe essere apparsa prima dell’esplosione, una supergigante blu circondata da un vecchio guscio di gas che è stato espulso in un’esplosione precedente, circa 1.000 anni prima. Poi nel 1843, Eta Carinae subì la nuova gigantesca eruzione, che creò la nota nebulosa “Homunculus” a due lobi, più una rapida onda d’urto che si estende davanti all’Homunculus. Ora, nuove misure attestano che questo materiale sia estremamente veloce. Col passare del tempo, sia l’onda d’urto che il segnale della densa nebulosa Homunculus si espande e riempie l’interno del vecchio guscio. Alla fine, si vede che l’onda d’urto più veloce inizia a raggiungere e superare le parti del guscio più vecchio, dando luogo a un fuoco artificiale brillante che riscalda il vecchio guscio. Crediti: Gemini Observatory.

Eta Carinae è un tipo di stella instabile nota come variabile luminosa blu, che si trova a circa 7.500 anni luce dalla Terra, all’interno di una vasta e luminosa nebulosità nota come Nebulosa della Carena (Ngc 3372 o Nebulosa Buco della Serratura) e circondata da un inviluppo, espulso dalla stella stessa, che prende il nome di Nebulosa Omuncolo. La stella è una delle più brillanti della nostra galassia, cinque milioni di volte più luminosa del nostro Sole, con una massa circa cento volte maggiore. Stelle come Eta Carinae hanno i più alti tassi di perdita di massa in seguito a esplosioni di supernova, ma la quantità di massa espulsa nel diciannovesimo secolo dall’esplosione di Eta Carinae non si era mai vista. Eta Carinae subirà probabilmente una vera e propria esplosione di supernova entro il prossimo mezzo milione di anni al massimo, forse molto prima. Per alcuni tipi di supernova si è vista un’esplosione simile a quella di Eta Carinae solo pochi anni, o decenni, prima della loro esplosione. Alcuni astronomi ipotizzano che Eta Carinae potrebbe esplodere prima piuttosto che dopo.

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