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La supernova fallita rivela la nascita di un buco nero

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Nel 2018, gli astronomi sono rimasti scioccati nello scoprire una bizzarra esplosione simile ad una supernova in una galassia a 200 milioni di anni luce di distanza. 

Non era come una normale esplosione di supernova come se ne erano già viste tante: era sia più breve che più luminosa. L’evento ha ricevuto una designazione ufficiale, AT2018cow, ma presto è entrato in uso un soprannome più gioviale: la mucca.

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L’evento transitorio e di breve durata sfidava le spiegazioni note. Alcuni pensavano che potesse essere una stella vicino ad un buco nero che la lacerava, ma altri preferivano pensare ad una “supernova fallita”, in cui un buco nero stava letteralmente mangiando una stella dall’interno verso l’esterno. Per scoprirlo con certezza, avevano bisogno di trovare altri eventi simili alla mucca.

Più di due anni dopo, ne individuarono uno.

A partire dal 12 ottobre 2020, i telescopi hanno visto qualcosa in una galassia a 3 miliardi di anni luce di distanza diventare incredibilmente luminoso, quindi scomparire alla vista. Si è comportato in modo quasi identico alla Mucca, hanno riferito gli astronomi in un documento pubblicato la scorsa settimana sul sito di preprint online arxiv.org, cosa che li ha portati alla conclusione che deve essersi trattato di un evento dello stesso tipo. In linea con la tradizione, gli è stato dato un nome ispirato agli animali: il cammello.

È davvero emozionante“, ha detto Deanne Coppejans , astrofisico presso la Northwestern University. “La scoperta di un nuovo transiente come AT2018cow mostra che non si tratta di una vera anomalia ma di un nuovo tipo di transitorio.”

La mucca è stata una completa sorpresa per gli astronomi che non erano sicuri di cosa stessero guardando quando è apparsa. Quando è apparso Camel, al contrario, erano tutti pronti ad osservare l’evento. “Siamo stati in grado di renderci conto di cosa si trattasse entro pochi giorni dal momento in cui si è verificato“, ha detto Daniel Perley, astrofisico presso la John Moores University di Liverpool, che ha guidato il nuovo studio. “E abbiamo ricevuto molti dati di follow-up.”

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Quattro giorni dopo, il team ha utilizzato telescopi nelle Isole Canarie e nelle Hawaii per ottenere dati vitali sulle sue proprietà. Successivamente hanno inviato un avviso ad altri astronomi su un servizio chiamato Astronomer’s Telegram.

L’evento ha ricevuto due designazioni. Uno, AT2020xnd, proveniva da un catalogo globale di tutti i transitori e l’altro, ZTF20acigmel, proveniva dalla Zwicky Transient Facility, il telescopio in cui è stato scoperto. Il team ha trasformato quest’ultimo nel suo soprannome “Camel”. “Xnd non aveva lo stesso suono“, ha detto Perley.

Come il suo predecessore, Camel è diventato molto brillante in breve tempo, raggiungendo il suo apice in due o tre giorni. È diventato circa 100 volte più luminoso di qualsiasi tipo normale di supernova. Poi si è rapidamente attenuato in un processo che è durato solo giorni, anziché settimane. “Sbiadisce molto velocemente, e mentre sta svanendo rimane caldo“, ha detto Perley.

Prima di questa scoperta, gli astronomi avevano setacciato i dati storici per trovare due ulteriori eventi simili alla mucca, il “Koala” e il CSS161010, ma il cammello è il primo ad essere stato visto in tempo reale e quindi studiato in dettaglio dopo la mucca.

I quattro eventi hanno proprietà simili. Sono diventati rapidamente molto luminosi, per poi spegnersi velocemente. Sono anche caldi, il che li fa sembrare blu. Ma questi “transitori ottici blu veloci” non sono identici.

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L’esplosione stessa e il tipo di comportamento sono abbastanza simili“, ha detto Anna Ho, astrofisica dell’Università della California, Berkeley, che ha scoperto il Koala e faceva parte del team di scoperta di Camel. 

Tutti gli eventi sembrano essere una sorta di esplosione provocata da una stella che si scontra con il gas e la polvere nelle vicinanze. “Ma la fase di collisione in cui stai vedendo l’esplosione si scontra con il materiale ambientale, che ha mostrato alcune variazioni nella quantità di materiale che giace intorno e la velocità con cui l’onda d’urto dell’esplosione attraversa il materiale“.

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Una supernova fallita da cui nasce un buco nero?

L’idea più accreditata al momento è l’ipotesi della supernova fallita. Il processo inizia quando una stella massiccia circa 20 volte la massa del nostro sole raggiunge la fine della sua vita ed esaurisce il suo carburante. Il suo nucleo poi collassa, dando inizio a quella che normalmente sarebbe una normale supernova, dove il materiale in caduta rimbalza indietro, lasciandosi dietro un oggetto denso chiamato stella di neutroni.

Ma in casi come il cammello e la mucca, “accade qualcosa di insolito nel processo di collasso del nucleo“, ha detto Perley. “Quello che affermiamo è che invece di collassare in una stella di neutroni, è collassata direttamente in un buco nero, e la maggior parte della stella è caduta nel buco nero“.

Quando il buco nero mangia gli strati esterni della stella, inizia a ruotare rapidamente, producendo potenti getti che sparano dai poli. Abbiamo assistito all’esplosione di luce causata dai getti mentre irrompono attraverso gli strati esterni.

Sono state proposte anche altre idee, come un evento in cui un buco nero di massa intermedia strappa materiale da una stella che gli orbita intorno, ma questa idea non è ampiamente accettata. “È un’idea esotica“, ha commentato Brian Metzger, astrofisico teorico alla Columbia University. “Sono poco incline a credere alle cose particolarmente esotiche.”

La cosa eccitante di Camel è che gli astronomi sono stati in grado di raccogliere rapidamente più dati, inclusi dati radio e raggi X. 

Ciò potrebbe rivelarsi molto utile per capire cosa causa questi eventi, come ha affermato Stephen Smartt, astronomo della Queen’s University di Belfast, che è stato il primo a individuare la mucca nel 2018.

I dati che abbiamo raccolto [da Camel] imitano quasi l’oggetto nel 2018“, ha detto. “Questo ci da fiducia nel fatto che avremo altre occasioni di vedere eventi simili e capire cosa potrebbero essere”.

Questo dovrebbe essere possibile, grazie ai miglioramenti nelle tecniche di osservazione che rendono questi eventi più facili da individuare. “Inizialmente stavamo solo cercando eventi che si illuminassero molto rapidamente“, ha detto. “Da allora, abbiamo imparato che gli oggetti simili a mucche non solo si illuminano molto rapidamente, ma svaniscono anche molto rapidamente“.

La speranza ora è che riusciremo ad individuare altri oggetti di questo tipo, in modo da poterli studiare più dettagliatamente. “È un esempio di come, quando osserviamo il cielo, troviamo cose assolutamente inaspettate“, ha concluso Ho.

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