17 Ago 2019 Annichilazione Totale per una Stella Titanica
Gli astronomi potrebbero essere stati testimoni di un evento mai osservato prima: la disintegrazione totale di una stella supermassiccia, soggetta a rapido collasso gravitazionale senza formazione di un oggetto compatto residuo. SN 2016iet potrebbe rivelarsi la prima supernova a instabilità di coppia mai individuata. Lo studio è pubblicato su The Astrophysical Journal.
La supernova, nota come SN 2016iet, è stata scoperta per la prima volta dal satellite Gaia dell’ESA il 14 Novembre 2016. Tre anni di osservazioni successive tramite una serie di telescopi, tra cui il Gemini North alle Hawaii, hanno permesso di scoprire informazioni essenziali su distanza e composizione dell’oggetto. “I dati di Gemini ci hanno permesso di studiare SN 2016iet più di 800 giorni dopo la sua scoperta, quando si era affievolita fino a un centesimo della sua luminosità di picco”, spiega Edo Berger dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Le osservazioni hanno rivelato emissione insolitamente debole da idrogeno nella posizione della supernova, a riprova del fatto che la stella progenitrice si trovava in una regione isolata con formazione stellare assai ridotta, un ambiente insolito per una stella massiccia. SN 2016iet presenta molteplici stranezze, tra cui la durata incredibilmente lunga, la possente energia, le insolite impronte chimiche e l’ambiente circostante povero di elementi pesanti.
La natura insolita di SN 2016iet suggerisce che la stella abbia iniziato la sua vita con una massa colossale, circa 200 volte quella del Sole, rivelandosi oggi una delle esplosioni stellari più massicce e potenti mai osservate. Secondo gli astronomi se simili stelle titaniche mantengono gran parte della loro massa nel corso della loro breve vita (pochi milioni di anni), moriranno come supernove a instabilità di coppia, denominazione che deriva dalle coppie particella-antiparticella che si formano nella catastrofica esplosione. Gran parte delle stelle massicce terminano la loro vita andando incontro a violenti detonazioni, in grado di spargere nello spazio materiale ricco di elementi pesanti, mentre il loro nucleo collassa in una stella di neutroni o un buco nero.
Ma le supernove a instabilità di coppia sono di un tipo diverso. Il nucleo in via di collasso produce grandi quantità di raggi gamma, talmente potenti che parte della loro energia è convogliata nella produzione di coppie particella-antiparticella. Quando questo avviene, la pressione di radiazione, normalmente in grado di bilanciare l’azione della gravità, cala drammaticamente. Il nucleo subisce un rapido collasso gravitazionale e aumentano velocemente temperatura e pressione, provocando reazioni estreme. Alla fine si innesca una catastrofica esplosione termonucleare che disintegra l’intera stella, incluso il nucleo: la povera stella viene smembrata completamente e disperde tutto il suo materiale nello spazio, senza lasciare dietro di sè un residuo compatto.
Modelli di supernove a instabilità di coppia prevedono che tali catastrofi avvengano in ambienti poveri di metalli, simili a quelli in cui si trovavano le galassie dell’Universo primordiale. Così è accaduto per SN 2016iet, esplosa ad una distanza di un miliardo di anni luce dalla Terra, in una galassia nana povera di metalli (elementi più pesanti di idrogeno ed elio). È davvero sorprendente che, mentre gran parte delle stelle massicce nascono in densi ammassi stellari, la progenitrice di SN 2016iet si sia formata in isolamento, a circa 54.000 anni luce dal centro della sua piccola galassia.
“Come si sia potuta formare una stella così gigantesca in completo isolamento rimane un mistero”, spiega Sebastian Gomez, a guida dello studio. “Nel nostro vicinato cosmico conosciamo solo poche stelle che si avvicinano in quanto a massa a quella esplosa come SN 2016iet, ma vivono tutte in ammassi massicci insieme a migliaia di altre stelle”. Per spiegare la lunga durata dell’evento e la lenta evoluzione della luminosità, il team ipotizza che la stella progenitrice abbia espulso materiale nell’ambiente circostante a un tasso di circa tre masse solari per anno nel corso di un decennio, prima di finire nell’oblio. Quando infine la stella è esplosa, i detriti della supernova hanno colliso con questo materiale, alimentando la potente emissione di SN 2016iet.
“Gran parte delle supernove si affievoliscono e diventano invisibili in confronto al bagliore delle loro galassie nel corso di pochi mesi. Ma, dal momento che SN 2016iet è così brillante e isolata, possiamo studiare la sua evoluzione per anni a venire”, spiega Gomez. “L’idea delle supernove a instabilità di coppia circola da decenni”, aggiunge Berger. “Ma avere finalmente in mano il primo esempio osservativo che pone una stella morente nel giusto regime di massa, con il giusto comportamento e in una galassia povera di metalli, è un incredibile passo avanti”. Non molto tempo fa, non si sapeva neppure che potessero esistere stelle così massicce. La scoperta di SN 2016iet ha fornito ulteriori, chiare evidenze della loro presenza e del loro potenziale nell’influenzare l’ambiente dell’Universo primordiale.
Nell’immagine rappresentazione artistica della stella esplosa
Credit: Gemini Observatory/NSF/AURA/ illustration by Joy Pollard
https://www.gemini.edu/node/21217
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