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La stella sopravvissuta a una supernova

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Una supernova è un’esplosione catastrofica che segnala la morte di una stella. Le supernove termonucleari, in particolare, segnalano la completa distruzione di una nana bianca, senza lasciare nulla dietro. Almeno questo è ciò che suggeriscono modelli e osservazioni.

Quindi, quando un team di astronomi è andato a guardare il sito della peculiare supernova termonucleare SN 2012Z con il telescopio spaziale Hubble, sono rimasti scioccati nello scoprire che la stella era sopravvissuta all’esplosione. Non solo era sopravvissuta: la stella era ancora più luminosa dopo la supernova di quanto non fosse prima.

Il primo autore Curtis McCully, un ricercatore post-dottorato presso l’UC Santa Barbara e l’Osservatorio di Las Cumbres, ha pubblicato questi risultati in un articolo su The Astrophysical Journal e li ha presentati in una conferenza stampa al 240° meeting dell’American Astronomical Society. I risultati sconcertanti ci forniscono nuove informazioni sulle origini di alcune delle esplosioni più comuni, ma misteriose, nell’universo.

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Queste supernove termonucleari, chiamate anche supernove di tipo Ia, sono alcuni degli strumenti più importanti utilizzati dagli astronomi per misurare le distanze cosmiche. A partire dal 1998, le osservazioni di queste esplosioni hanno rivelato che l’universo si sta espandendo a un ritmo sempre più rapido. Si pensa che ciò sia dovuto all’energia oscura, la cui scoperta ha vinto il Premio Nobel per la fisica nel 2011.

Sebbene siano di vitale importanza per l’astronomia, le origini delle supernove termonucleari sono poco conosciute. Gli astronomi concordano sul fatto che si tratta della distruzione delle stelle nane bianche, stelle all’incirca della massa del Sole racchiuse nelle dimensioni della Terra. Ciò che provoca l’esplosione di queste stelle è sconosciuto. Una teoria postula che la nana bianca rubi la materia da una stella compagna. Quando la nana bianca diventa troppo pesante, le reazioni termonucleari si accendono nel nucleo e portano a un’esplosione incontrollata che distrugge la stella.

SN 2012Z era uno strano tipo di esplosione termonucleare, a volte chiamata supernova di tipo Iax. Questo tipo di supernove sono considerate i cugini più deboli del più tradizionale Tipo Ia. Poiché sono esplosioni meno potenti e più lente, alcuni scienziati hanno teorizzato che siano supernove di tipo Ia fallite. Le nuove osservazioni confermano questa ipotesi.

Nel 2012, la supernova 2012Z è stata rilevata nella vicina galassia a spirale NGC 1309, che era stata studiata in profondità e catturata in molte immagini di Hubble negli anni precedenti al 2012Z. Le immagini di Hubble sono state scattate nel 2013 in uno sforzo concertato per identificare quale stella nelle immagini più vecchie corrispondesse alla stella che era esplosa. L’analisi di questi dati nel 2014 ha avuto successo: gli scienziati sono stati in grado di identificare la stella nell’esatta posizione della supernova 2012Z. Questa è stata la prima volta che è stata identificata la stella progenitrice di una supernova nana bianca.

Galassia NGC 1309

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 A sinistra: Immagine a colori della Galasia NGC 1309 prima della Supernova 2012Z. A destra: in senso orario da in alto a destra: la posizione della pre-esplosione della supernova; SN~2012Z durante la visita del 2013; la differenza tra le immagini pre-esplosione e le osservazioni del 2016; la posizione di SN~2012Z nelle ultime osservazioni nel 2016. – Credito fotografico: MCCULLY E AL.

Ci aspettavamo di vedere una delle due cose quando abbiamo ottenuto i dati Hubble più recenti“, ha detto McCully. “O che la stella sarebbe scomparsa completamente, o forse sarebbe stata ancora lì, il che avrebbe significato che la stella che abbiamo identificato nelle immagini pre-esplosione non era quella che è esplosa. Nessuno si aspettava di vedere una stella sopravvissuta più luminosa. Era un vero enigma“.

McCully e il team pensano che la stella semiesplosa sia diventata più luminosa perché si è gonfiata in uno stato molto più grande. La supernova non era abbastanza forte da spazzare via tutto il materiale, quindi parte di esso è probabilmente ricaduto in quello che viene chiamato un residuo legato. Nel tempo, si aspettano che la stella torni lentamente al suo stato iniziale, solo meno massiccia e più grande. Paradossalmente, per le stelle nane bianche, minore è la massa che hanno, maggiore è il diametro.

Questa stella sopravvissuta è un po’ come Obi-Wan Kenobi che torna come un fantasma della forza in Star Wars“, ha detto il co-autore Andy Howell, professore a contratto presso l’UC Santa Barbara e scienziato senior presso l’Osservatorio di Las Cumbres. “La natura ha cercato di abbattere questa stella, ma è tornata più potente di quanto potessimo immaginare. È sempre la stessa stella, ma torna in una forma diversa. Ha trasceso la morte”.

Per decenni gli scienziati hanno pensato che le supernove di tipo Ia esplodono quando una stella nana bianca raggiunge un certo limite di dimensioni, chiamato limite di Chandrasekhar, circa 1,4 volte la massa del sole. Quel modello è caduto alquanto in disgrazia negli ultimi anni, poiché molte supernove sono risultate meno massicce di questa e nuove idee teoriche hanno indicato che ci sono altre cose che le fanno esplodere. Gli astronomi non erano sicuri se le stelle si fossero mai avvicinate al limite di Chandrasekhar prima di esplodere. Gli autori dello studio ora pensano che questa crescita fino al limite ultimo sia esattamente ciò che è successo a SN 2012Z.

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Le implicazioni per le supernove di tipo Ia sono profonde“, afferma McCully. “Abbiamo scoperto che almeno le supernove possono crescere fino al limite ed esplodere. Eppure le esplosioni sono deboli, almeno a volte. Ora dobbiamo capire cosa fa fallire una supernova e diventare un tipo Iax, e cosa rende una supernova di successo come tipo Ia“.

Questo lavoro è stato pubblicato in “Still Brighter than Pre-explosion, SN 2012Z Did Not Disappear: Comparing Hubble Space Telescope Observations a Decade Apart” nel 2022, ApJ, 925, 138, di McCully, Curtis; Jha, Saurabh W.; Scalzo, Richard A.; Howell, D. Andrew; Foley, Ryan J.; Zeng, Yaotiano; Liu, Zheng Wei; Hosseinzadeh, Grifone; Bildsten, Lars; Riess, Adam G.; Kirshner, Robert P.; Marion, GH; e Camacho-Neves, Yssavo.

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