Scoperta nuova stella ricoperta letteralmente dalla combustione dell’elio, cioè le “ceneri”. L’indagine, lascia pensare che le stelle siano state formate da un raro evento di fusione stellare.

Un team di astronomi tedeschi, guidato dal professor Klaus Werner dell’Università di Tubinga, ha individuato una nuova e strana tipologia di stelle ricoperte dal derivato della combustione dell’elio. È possibile che le stelle si siano formate da un raro evento di fusione stellare. Gli affascinanti risultati sono pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Scoperta nuova stella che potrebbe essersi formata in un raro evento di fusione tra due nane bianche

Mentre le stelle normali hanno superfici composte da idrogeno ed elio, le stelle scoperte da Werner e dai suoi colleghi hanno le loro superfici coperte di carbonio e ossigeno, le ceneri della combustione dell’elio – una composizione piuttosto insolita per una stella.

La situazione diventa più sconcertante perché le nuove stelle hanno temperature e raggi che indicano che stanno ancora bruciando elio nei loro nuclei – una proprietà tipicamente vista in stelle più evolute di quelle osservate da Werner e dal suo team in questa ricerca.

Pubblicato insieme al lavoro del professor Werner, e del suo team, un secondo documento di un gruppo di astronomi dell’Università di La Plata e del Max Planck Institute for Astrophysics offre una possibile spiegazione per la loro formazione.

“Crediamo che le stelle scoperte dai nostri colleghi tedeschi potrebbero essersi formate in un tipo molto raro di evento di fusione stellare tra due nane bianche“; afferma il dottor Miller Bertolami dell’Istituto di Astrofisica di La Plata; autore principale del secondo articolo.

Le nane bianche sono i resti di stelle più grandi che hanno esaurito il loro combustibile nucleare, e sono tipicamente molto piccole e dense.

Le fusioni stellari sono note per accadere tra nane bianche in sistemi binari vicini a causa del restringimento dell’orbita causato dall’emissione di onde gravitazionali.

Raffinare i modelli

“Di solito, le fusioni di nane bianche non portano alla formazione di stelle arricchite in carbonio e ossigeno”, spiega Miller Bertolami, “ma crediamo che, per sistemi binari formati con masse molto specifiche, una nana bianca ricca di carbonio e ossigeno potrebbe essere sconvolta e finire sopra una di quelle ad alto contenuto di elio, portando alla formazione di queste stelle”.

Tuttavia, nessun modello evolutivo stellare attuale può spiegare completamente le stelle appena scoperte. Il team ha bisogno di modelli raffinati per valutare se queste fusioni possono effettivamente accadere.

Questi modelli potrebbero non solo aiutare il team a capire meglio questa tipologia di stelle, ma potrebbero anche fornire una visione più profonda dell’evoluzione tardiva dei sistemi binari e di come le loro stelle si scambiano la massa durante la loro evoluzione. Fino a quando gli astronomi non svilupperanno modelli più raffinati per l’evoluzione delle stelle binarie, l’origine delle coperte sarà oggetto di dibattito.

La scoperta della nuova stella porta a sperare in migliori risultati futuri

“Normalmente ci aspettiamo che le stelle con queste composizioni superficiali abbiano già finito di bruciare elio nei loro nuclei e che siano sulla strada per diventare nane bianche. Queste nuove stelle sono una grande sfida per la nostra comprensione dell’evoluzione stellare”. Conclude il professor Werner.

Ad ogni modo, nonostante queste spiegazioni lungimiranti, seppur provvisorie, nessun modello stellare attuale può spiegare completamente le proprietà di superficie di questi nuovi corpi celesti.

Il team ora lavorerà al fine di perfezionare i propri modelli stellari per valutare la probabilità della loro proposta, inerente la situazione di fusione, sperando di comprendere non solo queste strane e nuove stelle, ma anche le complessità delle ultime fasi evolutive dei sistemi stellari binari.

Fino a quando gli astronomi non svilupperanno i tanto agognati modelli più raffinati, le origini delle stelle ricoperte di elio rimarranno in discussione.

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I neutrini sono particelle subatomiche elementari appartenente al gruppo dei leptoni e alla famiglia dei fermioni,  con carica elettrica nulla. Per molto tempo si era ritenuto  che questa sfuggente particella fosse priva di massa, in realtà ha una massa sia pure piccolissima che si stima essere da 100.000 a 1.000.000 di volte più  piccola  di quella dell’elettrone. 

L’esistenza del neutrino venne postulata nel 1930 da Wolfgang Pauli per spiegare lo spettro continuo del decadimento beta, studiato anche da Enrico Fermi, fu  però definitivamente  scoperto da un punto di vista sperimentale nel 1956 dai fisici Clyde Cowan e Fred Reines nel corso di un esperimento eseguito nel reattore a fissione di Savannah River.

Il primo rivelatore di  neutrini fu progettato da Ray Davis (1914-2006) per studiare le  reazioni di fusione  nucleare che si verificano nel  Sole. Il “telescopio” del fisico americano consisteva essenzialmente in una cisterna di 400.000 litri di percloroetilene (un fluido solvente per il  lavaggio a secco). Questa cisterna era sepolta a più di un chilometro di profondità nella  crosta terrestre della miniera di Homestake, nel Dakota del Sud.

Era per l’epoca il più stravagante telescopio mai concepito ma la sua bizzarria (oggi ampiamente superata da altri rivelatori) era  indispensabile per la grande elusività dei neutrini. La profondità della  miniera schermava il serbatoio dalle altre  particelle subatomiche che  bombardano continuamente il nostro pianeta mentre il fluido forniva   atomi di cloro sufficienti per garantire un numero percettibile di neutrini.

L’esperimento rivelò soltanto un terzo dei neutrini attesi: una scoperta significativa  per la fisica delle  particelle che valse a Davis nel 2002, insieme a Giacconi e Koshiba, il Premio  Nobel  “per i contributi pionieristici all’astrofisica, e in particolare per l’individuazione dei neutrini cosmici”.

Si scoprì che i neutrini si presentavano in tre famiglie distinte: neutrini elettronici, muonici e tauonici in diretta relazione rispettivamente con i leptoni del modello standard (elettrone, muone e tauone).

Il telescopio di Davis era sensibile soltanto ad un tipo di neutrini. Le reazioni nucleari del Sole generano il numero atteso di neutrini ma nel viaggio  verso la Terra il “sapore” dei neutrini oscilla. Un telescopio  più sensibile  è ICE CUBE i cui sensori sono sepolti nella profondità del ghiaccio antartico.  I laboratori di IceCube si trovano nell’Amundsen-Scott South Pole Station mentre i raffinatissimi rilevatori sono sepolti e sparsi in un chilometro cubo di ghiaccio per cogliere i lampi della radiazione Cherenkov che indicano l’interazione tra neutrini ad alta energia provenienti dallo spazio ed atomi terrestri.

Anche se IceCube si trova al Polo Sud i suoi sensori guardano in “giù” e catturano i neutrini provenienti dall’emisfero nord del pianeta. Nel 2013 furono rilevati  i primi 28 neutrini ad alta energia prodotti da eventi di estrema potenza verificatosi nello spazio profondo.

Sempre nuovi telescopi di neutrini sono in fase di progettazione e realizzazione, tra gli altri il Cubic Kilometre Neutrino Telescope, o KM3NeT,  una futura infrastruttura europea di ricerca scientifica, che sarà posizionata sul fondale del Mar Mediterraneo. Conterrà un telescopio di neutrini di nuova generazione nella forma di un rivelatore Čerenkov con un volume di cinque chilometri cubi distribuiti in tre posizioni nel Mediterraneo: KM3NeT-Fr (al largo di Tolone, Francia), KM3NeT-It (al largo di Portopalo di Capo Passero, Sicilia, Italia) e KM3NeT-Gr (al largo di Pylos, Peloponneso, Grecia).

KM3NeT cercherà i neutrini provenienti da sorgenti astrofisiche distanti come resti di supernova, lampi gamma, supernovae o collisioni tra stelle e sarà un potente strumento nella ricerca della materia oscura nell’universo.

Alcune stelle, nella fase finale della loro evoluzione, attraversano uno stato, chiamato tecnicamente di pre-supernova, in cui vengono prodotti dei neutrini. Un recente studio ha permesso agli scienziati di fare importanti passi avanti per comprendere cosa accade alle stelle prima che esplodano e quindi muoiano. Lo studio, condotto presso l’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) della Monash University (Australia), è stato effettuato per cercare modelli di evoluzione stellare finalizzati a testare previsioni incerte.

Quando una stella muore, essa emette un gran numero di neutrini che si pensa siano responsabili dell’esplosione della supernova risultante.

I neutrini fluiscono liberamente attraverso la stella e al di fuori di essa prima che l’esplosione raggiunga la superficie della stella. Gli scienziati sono quindi in grado di rilevarli prima che si formi la supernova; infatti, già nel 1987 ne furono rilevate alcune decine da una supernova esplosa, molte ore prima che l’esplosione venisse captata sotto forma di luce.

Con la futura generazione di rilevatori di neutrini ci si aspetta di riuscire a rilevare fino a 50.000 neutrini da una supernova simile. Grazie ai progressi della tecnologia, gli scienziati ritengono di poter captare i deboli segnali anche giorni prima dell’esplosione. Questi neutrini possono essere considerati come segnali di avviso per poter captare le prime luci di una supernova.

Inoltre, questo è l’unico modo per poter estrarre direttamente informazioni dall’interno di una stella – un po’ come fanno i raggi X con il corpo umano. Ma un’immagine ai raggi X non ha alcun senso se non si sa cosa si sta cercando.

Sebbene le modalità in cui una stella si evolve ed esploda siano abbastanza note, tuttavia gli scienziati nutrono ancora delle perplessità su come si arrivi all’esplosione di una supernova.

Molti fisici hanno cercato di definire dei modelli per queste fasi finali, ma i risultati appaiono molto casuali; non vi è la certezza scientifica della loro correttezza. Poiché i rilevamenti dei neutrini provenienti dallo stato di pre-supernova permettono agli scienziati di valutare meglio questi modelli, un gruppo di ricercatori dell’OzGRav ha approfondito lo studio delle ultime fasi dei modelli di evoluzione stellare e la loro rilevanza nelle stime de queste particolari particelle.

Il gruppo dell’OzGrav ha focalizzato lo studio su una singola stella la cui massa è 15 volte quella del Sole. L’emissione di neutrini calcolata con questi modelli stellari presentava notevoli differenze nella luminosità dei neutrini. Questo risultato porta a pensare che le stime sui neutrini da pre-supernova sono sensibili anche ai più piccoli dettagli del modello stellare.

Lo studio ha quindi rivelato la significativa incertezza che domina nelle previsioni dei neutrini da pre-supernova, così come la relazione esistente tra le caratteristiche dei neutrini e le proprietà della stella di riferimento.

La prossima supernova nella nostra galassia si potrebbe verificare in qualunque momento, e quindi gli scienziati sono costantemente all’erta per rilevare neutrini da pre-supernova; ma, ancora oggi gli stessi scienziati non sanno bene cosa si può imparare da queste osservazioni.

L’unica certezza che al momento esprimono i ricercatori è che questo studio può aprire una strada per interpretare i dati e quindi comprendere momenti cruciali dell’evoluzione di stelle massicce e del meccanismo dell’esplosione di una supernova.