STORIA DI UN’ESPLOSIONE MANCATA

A un grammo dalla supernova

Secondo un team internazionale guidato da astronomi dell'Università di Warwick, una nana bianca ultramassiccia, con una bizzarra atmosfera ricca di carbonio, potrebbe in realtà essere il prodotto della fusione di due nane bianche, che solo per pochissimo ha evitato la distruzione. Tutti i dettagli su Nature Astronomy

     04/03/2020
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Impressione artistica di due nane bianche in procinto di fondersi. A seconda della massa combinata, il sistema può esplodere in una supernova termonucleare o fondersi in un singola nana bianca ultramassiccia, come Wdj0551 + 4135. Crediti: Università di Warwick / Mark Garlick

Non molto lontano da noi, a soli 150 anni luce di distanza dalla Terra, è stata trovata una stellina molto particolare: è una nana bianca molto massiccia – ultramassiccia, si può definire – con una composizione atmosferica mai vista prima. Gli scienziati che l’hanno scoperta – un team internazionale guidato da astronomi dell’Università di Warwick – ritiene che la stella si sia formata dalla fusione di altre due nane bianche, quello che gli astronomi chiamano merging: sarebbe il primo caso in cui un merging di nane bianche è stato identificato usando la composizione atmosferica della stella risultante.

La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Astronomy, sta sollevando nuove domande sull’evoluzione delle nane bianche e sul numero di supernove nella nostra galassia.

Questa stellina, denominata Wdj0551 + 4135, è stata identificata in una survey del telescopio Gaia dell’Agenzia spaziale europea (Esa). Selezionate in quanto particolarmente massicce, le nane bianche di questa survey sono state oggetto di un follow up con il telescopio Herschel, che ha permesso di condurre una dettagliata indagine spettroscopica. Per questa stella in particolare, gli astronomi sono stati in grado di identificare la composizione chimica della sua atmosfera, scoprendo che possiede un livello insolitamente alto di carbonio.

«Questa stella è qualcosa che non avevamo mai visto prima. Ci si potrebbe aspettare di vedere uno strato esterno di idrogeno, a volte mescolato con elio, o solo una miscela di elio e carbonio. Ma non ci aspettiamo di vedere questa combinazione di idrogeno e carbonio nello stesso momento in cui dovrebbe esserci uno spesso strato di elio che lo proibisce. Quando l’abbiamo vista, abbiamo pensato che non avesse alcun senso», ha dichiarato Mark Hollands, del Dipartimento di fisica dell’Università di Warwick.

Per risolvere questo intricato puzzle, gli astronomi hanno indossato il cappello da detective, per scoprire le vere origini della stella.

Le nane bianche sono i resti di stelle come il Sole che hanno bruciato tutto il loro combustibile e hanno perso gli strati esterni. La maggior parte sono relativamente leggere, circa 0.6 volte la massa del Sole, ma questa stella ha una massa di 1.14 masse solari, quasi il doppio del valore medio riscontrato per le nane bianche. Nonostante sia più massiccia del nostro Sole, la sua dimensione è di soli due terzi del diametro della Terra.

Anche l’età della nana bianca costituisce un indizio. Nella Via Lattea, le stelle più vecchie orbitano più velocemente di quelle più giovani e questo oggetto si sta muovendo più velocemente del 99 per cento delle altre nane bianche vicine con la stessa età, suggerendo che questa stella sia più vecchia di quanto sembri.

«Abbiamo osservato una composizione che non possiamo spiegare attraverso la normale evoluzione stellare», prosegue Hollands, «una massa doppia rispetto alla media per un nana bianca e un’età cinematica più vecchia di quella dedotta dal raffreddamento. Siamo abbastanza sicuri del modo in cui una stella evolve in una nana bianca e di quando, invece, non dovrebbe farlo. L’unico modo per spiegare l’esistenza di questo oggetto è che si sia formato attraverso una fusione di due nane bianche».

La teoria prevede che quando una stella appartenente a un sistema binario, al termine della sua vita, si espande, avvolga la sua compagna, avvicinando la sua orbita mentre la prima stella collassa. Lo stesso accadrà quando anche l’altra stella si espanderà. Per miliardi di anni, l’emissione di onde gravitazionali ridurrà ulteriormente l’orbita, al punto che le stelle prima o poi si fonderanno insieme.

La supernova Tycho. Crediti: X-ray: Nasa/Cxc/Riken & Gsfc/T. Sato et al; Optical: Dss

Mentre è previsto che si verifichino fusioni di nane bianche, quella che ha dato origine a questa stella sembra essere particolarmente insolita. La maggior parte delle fusioni nella nostra galassia si verifica tra stelle con masse diverse, mentre questa fusione sembra essere avvenuta tra due stelle di dimensioni simili. Inoltre, c’è anche un limite a quanto può essere grande la nana bianca risultante: a più di 1.4 masse solari si pensa che dovrebbe esplodere in una supernova, e addirittura si pensa che ciò potrebbe essere possibile anche a masse leggermente inferiori. Ma questa stella, evidentemente, non lo ha fatto. Questa strana stellina è quindi molto utile per dimostrare quanto possa essere massiccia una nana bianca per continuare a sopravvivere come tale.

Poiché il processo di fusione riavvia il raffreddamento della stella, è difficile determinare quanti anni abbia. Il merging che ha portato alla formazione della nana bianca probabilmente è avvenuto circa 1.3 miliardi di anni fa, ma le due nane bianche progenitrici potrebbero essere esistite molti miliardi di anni prima.

Questa nana bianca è una delle poche identificate finora originatesi da una fusione di nane bianche, e l’unica per la quale l’identificazione è avvenuta attraverso la sua composizione chimica. «Non ci sono molte nane bianche così massicce, anche se ce ne sono molte di più di quelle che ci aspettiamo di vedere, il che implica che alcune di esse si sono probabilmente formate da fusioni», osserva Hollands. «In futuro potremmo essere in grado di utilizzare una tecnica chiamata astrosismologia per conoscere la composizione del nucleo della nana bianca dalle sue pulsazioni, e sarebbe un metodo indipendente in grado di confermare che questa stella sia stata formata da una fusione».

«Forse l’aspetto più eccitante di questa stella è che non è riuscita a esplodere come una supernova. Queste gigantesche esplosioni sono davvero importanti nel mappare la struttura dell’universo, perché possono essere rilevate a distanze molto grandi. Tuttavia, permane molta incertezza sul tipo di sistemi stellari che si esibiscono sul palcoscenico delle supernove. Per quanto strano possa sembrare, misurare le proprietà di questa supernova “fallita” e delle future “sosia” ci può dire molto sui percorsi di auto-annientamento termonucleare delle stelle».

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