Chi ha spogliato la supernova?

Quando una stella gigante termina il suo ciclo vitale esplode in un evento di supernova proiettando nello spazio circostante gran parte dei suoi resti. Ma non sempre queste esplosioni avvengono allo stesso modo, il caso che andremo ad analizzare ha qualcosa di particolare. Prima che la stella gigante esplodesse, l’esplosione di un’altra stella le ha strappato la superficie, questa è la conclusione alla quale sono giunti un gruppo di astrofisici.
Le supernove sono stelle che terminano il loro ciclo vitale con una immane esplosione. Questa esplosione rappresenta la fase finale del ciclo evolutivo di stelle di grande massa. Durante l’esplosione viene liberata una grande quantità di energia tanto da far brillare la stella più di un’intera galassia. La luce emessa può durare fino a qualche mese. Esistono due tipi di Supernovae, che esplodono grazie a meccanismi diversi e hanno inoltre un’origine diversa.

Le Supernovae di tipo I non si originano da stelle singole ma da sistemi binari, costituiti da due stelle vicine che ruotano intorno ad un centro di gravità comune. Una Supernova di tipo I avviene a partire da una nana bianca fatta di carbonio e ossigeno e da una stella compagna. La materia di cui è composta la nana bianca, a causa della densità e della pressione, si trova in uno stato che si definisce “degenere”. Questo stato è stabile solo se la massa della stella è inferiore a un valore limite detto “massa di Chandrasekar”, pari a 1,4 masse solari. Se la nana bianca è parte di un sistema binario, il suo campo gravitazionale può essere così forte che, se le stelle sono sufficientemente vicine, la nana bianca inizia a strappare materia dalla stella compagna. Se la materia in eccesso catturata dalla nana bianca gli permette di aumentare la sua massa fino a superare il limite di Chandrasekar essa si contrae. La contrazione fa innescare le reazioni nucleari che fondono carbonio e ossigeno in nichel e l’energia rilasciata fa esplodere la stella.
Le Supernovae di tipo II si originano da stelle con masse almeno 10 volte quella del Sole e producono energia dalla fusione termonucleare dell’idrogeno in elio e poi successivamente di elio in carbonio e ossigeno, di carbonio in sodio e magnesio, fino al ferro. Ogni volta che il combustibile finisce perché si è trasformato in un altro elemento, il nucleo si contrae sotto l’azione della gravità e innalza la temperatura fino ad innescare la fusione del nuovo elemento chimico. La stella, una volta giunta al ferro, che necessita di energia per partecipare alla fusione, collassa in maniera irreversibile.
La materia si riduce in neutroni e il nucleo diventa piccolo e denso, a quel punto la stella esplode in maniera catastrofica lasciando una stella di neutroni o un buco nero.
Una parte della massa delle stelle si diffonde nello spazio circostante. Nuvole di gas e polvere ricche di elementi pesanti prodotti nelle reazioni nucleari, accompagnate anche dall’idrogeno che non è stato utilizzato nella fusione. Questi atomi di idrogeno rimangono nell’atmosfera esterna delle stelle dove pressione e calore non sono sufficienti a innescare la fusione. Ma qualche volta quell’idrogeno svanisce, spesso a causa di una stella vicina che con il suo intenso campo gravitazionale strappa via le superficie della stella vicina, altre volte gli astrofisici non sanno dove finisca questo idrogeno presente nella “pelle” superficiale delle stelle.
Ora, forse, grazie a uno studio su Cassiopea A abbiamo una risposta.
Un team di ricercatori dell’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) a Melbourne, ha prodotto un nuovo studio che descrive uno scenario che potrebbe produrre una supernova solitaria “a involucro spogliato” come quella di Cas A. La loro storia, come la maggior parte delle storie sulle supernove senza pelle, parte da due stelle gemelle che ruotano una intorno all’altra con un baricentro comune in un’orbita molto stretta. Queste stelle gemelle sono nate e si sono evolute nello stesso tempo e hanno all’incirca la stessa massa. Questo fa si che le due stelle evolvano allo stesso modo diventando giganti rosse per esplodere in successione. Se una stella del sistema di Cas A fosse esplosa per prima, la violenza della supernova avrebbe strappato la superficie dell’altra mentre si trovava nella fase di gigante rossa. I ricercatori hanno creato delle simulazioni per capirne il funzionamento.
Le simulazioni hanno mostrato che tra il 50% e il 90% della pelle esterna di idrogeno della stella sopravvissuta viene strappata via dal vento della prima supernova, a patto che le due stelle orbitino strettamente vicine tra loro.
“Questo è sufficiente perché la seconda supernova del sistema binario diventi una supernova dall’involucro spogliato, confermando che lo scenario da noi proposto è plausibile“, ha detto in un comunicato l’autore principale dello studio Ryosuke Hirai, un astrofisico di OzGrav.
Tuttavia esiste una possibilità che la prima supernova strappi solo una parte della superficie stellare della stella compagna. La stella privata di parte della sua “pelle” diventerebbe instabile e l’instabilità porterebbe all’espulsione di altro idrogeno prima che questa diventi una supernova.
Le simulazioni hanno mostrato che la stella colpita dal vento della supernova perderebbe altro idrogeno prima della sua morte. I ricercatori hanno calcolato che questo tipo di supernove sono molto rare, una percentuale che va dallo 0,35% all’1% delle supernove. Lo scenario per ora non ha ricevuto conferme, ma i ricercatori pensano che potrebbe applicarsi ad altre due supernove note, RX J1713.7-3946 e G11.2-0.3.
Ma Cas A è un evento interessante per un semplice motivo: la simulazione prevede che dovrebbe esserci ancora una firma di quell’involucro perso nella prima supernova: uno sbuffo di gas ricco di idrogeno che si muove attraverso lo spazio tra 30 e 300 anni luce dal residuo di supernova. E nel caso di Cas A, hanno trovato uno di questi sbuffi, a soli 50 anni luce di distanza, una scoperta che combacia esattamente a ciò che il loro modello aveva previsto.
Fonte: https://www.livescience.com/cassiopeia-a-skinned-supernova.html; https://www.lngs.infn.it/it/supernovae.