1.35 VOLTE LA MASSA DEL SOLE IN UN CORPO CELESTE GRANDE QUANTO LA LUNA

Una nana bianca sul filo del rasoio

Gli astronomi hanno identificato una nana bianca così massiccia che potrebbe collassare in una stella di neutroni. Si chiama Ztf J1901+1458, ha una massa pari a 1.35 volte la massa del Sole, un campo magnetico quasi 1 miliardo di volte più forte di quello del Sole e gira su sé stessa in 7 minuti. Tutti i dettagli di questo particolare oggetto compatto sono stati pubblicati su Nature

     01/07/2021
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Questa illustrazione mette in evidenza la piccola nana bianca scoperta da Ztf, il cui diametro è di circa 4300 chilometri, simile a quello della Luna. I due corpi sono mostrati uno accanto all’altro per il confronto delle dimensioni. La nana bianca è la più massiccia a oggi conosciuta, con una massa pari a 1.35 volte quella del Sole. Crediti: Giuseppe Parisi

È apparso ieri su Nature uno studio che presenta la scoperta della nana bianca più piccola e massiccia mai vista, presumibilmente originata dalla fusione di due nane bianche, la cui massa risultante, maggiore di quella del Sole, è stata compressa in un corpo delle dimensioni della Luna. «Può sembrare controintuitivo, ma le nane bianche più piccole sono le più massicce», afferma Ilaria Caiazzo, Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in astrofisica teorica al Caltech e prima autrice del lavoro. «Ciò è dovuto al fatto che le nane bianche non hanno la combustione nucleare che le sostiene contro la loro stessa gravità, come accade alle stelle normali, e la loro dimensione è invece regolata dalla meccanica quantistica».

La scoperta è stata fatta dalla Zwicky Transient Facility (Ztf), che opera presso l’Osservatorio Palomar del Caltech; i due telescopi alle Hawai’i – W. M. Keck Observatory a Maunakea, Hawai’i Island e University of Hawai’i Institute for Astronomy’s Pan-Starrs (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) a Haleakala, Maui – hanno contribuito a caratterizzare la nana bianca, insieme allo Hale Telescope da 200 pollici al Palomar, l’osservatorio spaziale europeo Gaia e l’Osservatorio Neil Gehrels Swift della Nasa.

Le nane bianche sono i resti collassati di stelle che una volta avevano una massa non superiore a circa otto volte la massa del Sole. Anche il Sole, dopo essere diventato una gigante rossa, tra circa 5 miliardi di anni, si libererà dei suoi strati esterni e si ridurrà a una nana bianca. Circa il 97 per cento di tutte le stelle diventano nane bianche. Mentre il Sole non ha un compagno stellare, molte stelle orbitano l’una intorno all’altra in quelli che vengono chiamati sistemi binari. Queste stelle invecchiano insieme, e se entrambe sono caratterizzate da una massa inferiore alle 8 masse solari, si evolvono in nane bianche. La nuova scoperta fornisce un esempio di cosa può accadere dopo questa fase evolutiva. La coppia di nane bianche, che spiraleggiano l’una intorno all’altra, perde energia sotto forma di onde gravitazionali e finisce col fondersi. Se le nane bianche sono abbastanza massicce, esplodono in quella che viene chiamata una supernova di tipo Ia. Ma se sono al di sotto di una certa soglia di massa, si combinano insieme in una nuova nana bianca che è più pesante di entrambe le stelle progenitrici. Questo processo di fusione aumenta il campo magnetico della stella risultante e ne accelera la rotazione, rispetto a quella delle due progenitrici.

Gli astronomi sostengono che la piccola nana bianca trovata, chiamata Ztf J1901+1458, ha intrapreso quest’ultima via evolutiva: i suoi progenitori si sono fusi e hanno generato una nana bianca la cui massa è 1.35 volte la massa del Sole. La nana bianca ha un campo magnetico estremo, quasi un miliardo di volte più forte di quello del Sole e gira intorno al suo asse a un ritmo frenetico di una rivoluzione ogni 7 minuti (la nana bianca più veloce conosciuta, chiamata Epic 228939929, ruota su sé stessa ogni 5.3 minuti).

Questo oggetto compatto, che non è abbastanza massiccio da esplodere, permette di sondare il limite di massa per una nana bianca. Gli scienziati ritengono che la nana bianca risultante dalla fusione potrebbe essere abbastanza massiccia da evolversi in una stella di neutroni, che tipicamente si forma quando una stella molto più massiccia del Sole esplode in una supernova. «È molto ipotetico, ma è possibile che la nana bianca sia abbastanza massiccia da collassare ulteriormente in una stella di neutroni», afferma Caiazzo. «È così massiccia e densa che, nel suo nucleo, gli elettroni vengono catturati dai protoni nei nuclei per formare neutroni. Poiché la pressione degli elettroni spinge contro la forza di gravità, mantenendo intatta la stella, quando un numero abbastanza grande di elettroni viene rimosso, il nucleo collassa».

Se questa ipotesi di formazione di stelle di neutroni è corretta, può comportare che una parte significativa di stelle di neutroni si origina in questo modo. La vicinanza del nuovo oggetto (a circa 130 anni luce di distanza) e la sua giovane età (circa 100 milioni di anni o meno) indicano che oggetti simili possono verificarsi più comunemente nella nostra galassia.

Gli astronomi hanno scoperto una nana bianca le cui dimensioni sono molto simili a quelle della luna terrestre (il suo diametro è di circa 4300 chilometri, quello della Luna 3500 chilometri). In questa rappresentazione artistica, la nana bianca è raffigurata sopra alla Luna; in realtà la nana bianca si trova a 130 anni luce di distanza nella costellazione dell’Aquila. Crediti: Giuseppe Parisi

La nana bianca è stata avvistata per la prima volta da Kevin Burdge del Caltech, esaminando le immagini di tutto il cielo catturate da Ztf. Questa particolare nana bianca, analizzata in combinazione con i dati di Gaia, si è distinta per essere molto massiccia e avere una rotazione rapida. «Finora nessuno è stato sistematicamente in grado di esplorare fenomeni astronomici a breve termine su questo tipo di scala», afferma Burdge che, nel 2019, ha guidato il team che ha scoperto una coppia di nane bianche che sfrecciavano una intorno all’altra ogni 7 minuti.

Il team ha quindi analizzato lo spettro della stella utilizzando il Low Resolution Imaging Spectrometer (Lris) dell’Osservatorio Keck, ed è stato allora che Caiazzo è stata colpita dalle tracce di un campo magnetico molto potente e si è resa conto di aver trovato qualcosa di molto speciale. La forza del campo magnetico, insieme alla velocità di rotazione di 7 minuti, indicava che l’oggetto era il risultato di due nane bianche più piccole che si univano in una.

I dati di Swift, in luce ultravioletta, hanno aiutato a definire le dimensioni e la massa della nana bianca. Con un diametro di circa 4300 chilometri (poco più grande della Luna), Ztf J1901 + 1458 si assicura il titolo di nana bianca più piccola finora conosciuta, battendo i precedenti detentori del record – Re J0317-853 e Wd 1832 + 089 – che hanno ciascuna un diametro di circa 5000 chilometri.

In futuro, Caiazzo spera di utilizzare Ztf per trovare più nane bianche come questa e, in generale, per studiare la popolazione nel suo insieme. «Ci sono così tante domande da affrontare, come ad esempio qual è il tasso di fusioni di nane bianche nella galassia, ed è abbastanza per spiegare il numero di supernovae di tipo Ia? Come viene generato il campo magnetico in questi potenti eventi, e perché esiste una tale diversità nell’intensità del campo magnetico tra le nane bianche? Trovare una vasta popolazione di nane bianche nate da fusioni ci aiuterà a rispondere a tutte queste domande e altre ancora».

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “A highly magnetized and rapidly rotating white dwarf as small as the Moon” di Ilaria Caiazzo, Kevin B. Burdge, James Fuller, Jeremy Heyl, S. R. Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni, Eric C. Bellm, Andrew Drake, Dmitry A. Duev, Matthew J. Graham, George Helou, Ashish A. Mahabal, Frank J. Masci, Roger Smith e Maayane T. Soumagnac

Guarda l’intervista alla prima autrice dello studio, Ilaria Caiazzo, su MediaInaf Tv: