Apep, un nido di stelle pronto per esplodere e produrre un GRB

Apep è un sistema stellare scoperto nel 2018 che non ha eguali nella nostra galassia, “un posto in prima fila nella fisica bella e pericolosa. Questo è il primo sistema del genere ad essere scoperto nella nostra galassia“, spiega Joseph Callingham dell’Istituto olandese di radioastronomia (ASTRON).

“Non ci saremmo mai aspettati di trovare un sistema del genere nel nostro cortile“.

Il team internazionale di astronomi ha scoperto il sistema stellare a circa 8.000 anni luce dalla Terra. Una delle stelle del sistema potrebbe diventare la prima stella conosciuta nella Via Lattea a produrre un pericoloso lampo di raggi gamma, uno tra gli eventi più energetici dell’universo.

La fisica pericolosa

Il sistema, che comprende una coppia di stelle incredibilmente luminose, è stato soprannominato Apep dal team dal nome del serpente dio egizio del caos. Una stella di questo sistema è sull’orlo di un’enorme esplosione di supernova.

I risultati, pubblicati su Nature Astronomy, sono controversi in quanto nessun lampo di raggi gamma è mai stato rilevato all’interno della nostra galassia, la Via Lattea.

“La sua rapida rotazione mette Apep in una classe completamente nuova. Le normali supernovae sono già eventi estremi, ma aggiungere la rotazione al mix può davvero gettare benzina sul fuoco“.

La rapida rotazione della massiccia stella può fornire il momento angolare necessario per sostenere un campo magnetico su larga scala in grado di lanciare un getto collimato di raggi gamma quando la stella alla fine esploderà come una supernova.

I ricercatori pensano che questa potrebbe essere la ricetta per una tempesta stellare perfetta, in grado di produrre un lampo di raggi gamma di lunga durata (GRB), che sono gli eventi più estremi nell’Universo dopo il Big Bang stesso.

Fortunatamente, l’asse di rotazione di Apep sembra non essere puntato sulla Terra. Un attacco diretto di un GRB entro poche centinaia di anni luce potrebbe rimuovere l’ozono dall’atmosfera, aumentando drasticamente la nostra esposizione alla luce UV del Sole.

Lo strumento VISIR sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO ha catturato l’incredibile immagine che vedete in cima alla pagina del massiccio sistema stellare binario. Con le due stelle Wolf-Rayet che orbitano l’una intorno all’altra in un sistema binario, i vortici serpentini che circondano Apep sono formati dalla collisione di due serie di potenti venti stellari, che creano gli spettacolari pennacchi di polvere che si vedono nell’immagine.

Apep, un sistema a tripla stella

La girandola rossastra in questa immagine è un dato dello strumento VISIR sul Very Large Telescope (VLT) dell’ESO e mostra gli spettacolari pennacchi di polvere che circondano Apep.

Le sorgenti blu al centro dell’immagine sono un sistema stellare triplo, che consiste in un sistema stellare binario e una singola stella compagna legate insieme dalla gravità.

Sebbene nell’immagine siano visibili solo due oggetti stellari, la sorgente inferiore è in realtà il binario Wolf-Rayet irrisolto. Il sistema a tripla stella è stato catturato dallo strumento di ottica adattiva NACO sul VLT.

Il sistema, che comprende un nido di stelle massicce circondate da una “girandola” di polvere, è ufficialmente conosciuto solo da ingombranti riferimenti di catalogo come 2XMM J160050.7-514245. Tuttavia, gli astronomi hanno scelto di dare a questo affascinante oggetto un soprannome più accattivante: “Apep“.

Il pennacchio è ciò che rende il sistema importante

Quel pennacchio scolpito è ciò che rende il sistema così importante, ha affermato Peter Tuthill, leader del gruppo di ricerca presso l’Università di Sydney.

“Quando abbiamo visto la coda di polvere a spirale abbiamo subito capito che avevamo a che fare con un tipo raro e speciale di nebulosa chiamata girandola“, ha detto Tuthill.

“La coda curva è formata dalle stelle binarie orbitanti al centro, che iniettano polvere nel vento in espansione creando uno schema simile a un irrigatore rotante per il prato. Poiché il vento si espande così tanto, gonfia le minuscole spire di polvere che rivelano la fisica delle stelle nel cuore del sistema”.

Tuttavia, i dati sul pennacchio presentavano un enigma: i venti stellari si stavano espandendo 10 volte più velocemente della polvere. Nelle singole stelle massicce, l’involucro gassoso esterno assorbe l’intensa radiazione, espandendosi verso l’esterno e trasportando con sé la polvere. Ma in questo enorme sistema binario evoluto, i venti di polvere e gas sembrano essere disaccoppiati.

“È stato semplicemente sorprendente“, ha detto Tuthill. “È stato come trovare una piuma intrappolata in un uragano che si muove a passo d’uomo“.

I GRB sono tra le esplosioni più potenti dell’Universo. Durando tra pochi millesimi di secondo e poche ore, possono rilasciare tanta energia quanta ne emetterà il Sole durante tutta la sua vita. Si ritiene che i GRB di lunga durata, quelli che durano più di 2 secondi, siano causati dalle esplosioni di supernova di stelle in rapida rotazione tipo Wolf-Rayet.

Alcune delle stelle più massicce si evolvono in stelle Wolf-Rayet verso la fine della loro vita. Questa fase è di breve durata e Wolf-Rayets sopravvive in questo stato solo per poche centinaia di migliaia di anni – un battito di ciglia in termini cosmologici.

In quel momento, emettono enormi quantità di materiale sotto forma di un potente vento stellare, scagliando materia verso l’esterno a milioni di chilometri all’ora. I venti stellari di Apep sono stati misurati per viaggiare alla sorprendente velocità di 12 milioni di km/h.

Rispetto alla straordinaria velocità dei venti di Apep, la stessa girandola di polvere vortica verso l’esterno a passo lento, “strisciando” a meno di 2 milioni di km/h. Si pensa che la discrepanza tra la velocità dei rapidi venti stellari di Apep e quella della girandola di polvere senza fretta derivi da una delle stelle nel binario che lancia sia un vento veloce che uno lento, in direzioni diverse.

Raggiungere una rotazione quasi critica

Ciò implicherebbe che la stella stia subendo una rotazione quasi critica, cioè ruota così velocemente che si sta quasi squarciando.

Si ritiene che una stella Wolf-Rayet con una rotazione così rapida produca un GRB di lunga durata quando il suo nucleo collassa alla fine della sua vita. Dalla Terra, alla fine vedremo la stella Wolf-Rayet più massiccia esplodere come una supernova e forse il bagliore fuori asse di un lungo GRB, anche se l’asse di rotazione non è perfettamente allineato con la nostra linea di vista.

“Questo sistema rimane profondamente enigmatico e intrigante“, ha detto Tuthill.

“Il tasso di rotazione critico non è stato calcolato esattamente“, ha aggiunto Tuthill, “perché non abbiamo dettagli completi su cosa stia succedendo. Ma sarebbe qualcosa che si avvicina alla velocità critica (oltre la quale la stella inizia a dilatarsi all’equatore) – forse questo sarebbe diverse centinaia di km/sec Se fosse GRB sospetto che vedremmo qualcosa dalla Terra. A noi sembrerebbe una specie di nova, ma non eccezionale o dannosa poiché non stiamo guardando (crediamo) lungo l’asse del raggio”.

“In definitiva, non possiamo essere sicuri di cosa il futuro ha in serbo per Apep“, ha detto Tuthill. “Il sistema potrebbe rallentare abbastanza da esplodere come una normale supernova piuttosto che con un lampo di raggi gamma. Tuttavia, nel frattempo, sta fornendo agli astronomi un posto in prima fila nella fisica bella e pericolosa che non abbiamo mai visto prima nella nostra galassia”.