Una Kilonova apparve nel cielo di 800 anni fa

Cosa succede quando vecchie stelle nane bianche si uniscono? Gli osservatori del Giappone feudale nell’anno 1181 hanno avuto una visuale in prima fila della superpotente kilonova creata da una tale fusione. I loro registri mostrano che una rara “stella ospite” si è accesa e poi è svanita. Nel 2021, finalmente, gli astronomi sono riusciti ad individuare il punto nel cielo in cui l’evento si è verificato.

Ci sono molti resoconti di questa stella ospite temporanea nei registri storici di Giappone, Cina e Corea. Al suo apice, la luminosità della stella era paragonabile a quella di Saturno. Rimase visibile a occhio nudo per circa 180 giorni, finché non si oscurò gradualmente. I resti dell’esplosione di SN 1181 sono ora molto vecchi, quindi per gli astronomi moderni è stato davvero difficile individuare il punto nel cielo in cui si verificò l’evento“, ha affermato Takatoshi Ko, studente di dottorato del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Tokyo.

Ko ha guidato un team che ha analizzato le osservazioni e ha eseguito modelli al computer per rilocalizzare questo antico disastro stellare.

Il sito dell’esplosione della kilonova è ancora attivo circa 800 anni dopo. Gli astronomi ora vedono una nana bianca incastonata in una nebulosa in Cassiopea. La stella sembra aver iniziato a soffiare venti ad alta velocità dalla sua superficie negli ultimi decenni.

Anatomia di una nana bianca Kilonova

La “guest star” originale si chiama SN 1181 ed è circondata dai residui (SNR 1181) dell’esplosione. Si è formata quando due nane bianche molto dense, delle dimensioni della Terra, si sono scontrate. Il risultato è stato un tipo molto raro di esplosione di supernova, denominata Tipo 1ax.

L’esplosione ha spazzato via anelli di materiale da entrambe le stelle. Al centro della fusione è rimasta una nana bianca molto luminosa, molto calda e in rapida rotazione chiamata WD J00531. Agli infrarossi è circondata da una nebulosa chiamata IRAS 00500+6713.

Scontro di stelle nane bianche. Rappresentazione artistica di due stelle nane bianche che si fondono e creano una supernova di tipo Ia. Le supernove di tipo Ia sono simili alle supernove di tipo Iax, poiché si verificano quando due nane bianche si scontrano, ma sono più luminose e l'esplosione distrugge completamente le stelle. Le supernove di tipo Iax, come SN 1181 dove una nana bianca residua viene lasciata indietro dopo la kilonova, sono più rare. © ESO/ L. Calçada
Scontro di stelle nane bianche. Rappresentazione artistica di due stelle nane bianche che si fondono e creano una supernova di tipo Ia. Le supernove di tipo Ia sono simili alle supernove di tipo Iax, poiché si verificano quando due nane bianche si scontrano. Tuttavia, sono più luminose e l’esplosione distrugge completamente le stelle. Le supernove di tipo Iax, come SN 1181 dove una nana bianca residua viene lasciata indietro dopo la kilonova, sono più rare. © ESO/ L. Calçada

Quando avviene una fusione di nane bianche, gli astronomi si aspettano che entrambe esplodano e scompaiano. Invece, questa ha creato una nuova nana bianca. Si sta bloccando rapidamente e soffiando un forte vento stellare a una velocità di 15.000 km/sec che le sta provocando un alto tasso di perdita di massa.

Di solito, le esplosioni di kilonova si verificano quando due stelle di neutroni o una stella di neutroni e un buco nero si scontrano. Quindi, il fatto che se ne sia verificata una tra nane bianche fornisce preziose informazioni sulle stelle progenitrici.

Date queste caratteristiche, gli astronomi pensano che questa sia una nana bianca “super” o “quasi al limite di Chandrasekahr“. Per ottenere quel tipo insolito di cadavere stellare, i progenitori dovevano essere nane bianche doppiamente degeneri. In altre parole, sono al limite di Chandrasekahr o al di sopra.

Questa è la massa al di sopra della quale la pressione di degenerazione degli elettroni nel nucleo della stella non è sufficiente a bilanciare la sua autogravità. In questo caso, quando queste due strane nane bianche si sono unite, hanno creato una versione più nuova e più strana.

Anelli attorno alla nana bianca

SN 1191 si trova a circa 10.100 anni luce dalla Terra, quindi non abbastanza vicino da influenzarci. Tuttavia, le esplosioni di kilonovae possono essere catastrofiche a distanze inferiori. Gli esperti stimano che se si trovasse a una dozzina di anni luce di distanza da unesplosione di kilonova, la vita potrebbe esserne influenzata a causa della massiccia pioggia di raggi gamma e altre radiazioni.

Il residuo risultante della kilonova è di per sé un po’ strano. Contiene due regioni di shock oltre a quel vento superveloce. La regione esterna è luminosa ai raggi X ed è l’interfaccia tra il materiale espulso dalla fusione e il materiale nello spazio interstellare. Quella interna è una creazione più recente. Sembra aver iniziato a soffiare intorno al 1990 ed è ricca di polvere. “Se il vento avesse iniziato a soffiare subito dopo la formazione di SNR 1181, non potremmo riprodurre le dimensioni osservate della regione di shock interna“, ha affermato Ko.

Tuttavia, trattando il momento di inizio del vento come variabile, siamo riusciti a spiegare con precisione tutte le caratteristiche osservate di SNR 1181 e a svelare le misteriose proprietà di questo vento ad alta velocità. Siamo stati anche in grado di tracciare simultaneamente l’evoluzione temporale di ogni regione di shock, utilizzando calcoli numerici“.

Cosa sta succedendo adesso?

Il team pensa che la nana bianca risultante abbia ricominciato a bruciare. Ciò è probabilmente dovuto alla ricaduta sulla superficie della materia espulsa dall’esplosione di kilonova osservata nel 1181. Quando ciò accade, la densità dell’area superficiale e la temperatura aumentano entrambe abbastanza da ricominciare a bruciare.

Il team ha dedotto questo da modelli al computer basati su osservazioni a raggi X da parte del Chandra X-ray Observatory, XMM-Newton e IRAS nell’infrarosso. Ora si concentreranno su ulteriori osservazioni di SN 1181 utilizzando il radiotelescopio Very Large Array e il Subaru Telescope alle Hawaii. Ciò dovrebbe consentire agli scienziati di sondare più a fondo la storia di questo evento.

 L'evoluzione di SNR 1181. Questa illustrazione traccia l'evoluzione del residuo di SNR 1181, dalla sua creazione quando una nana bianca a base di carbonio-ossigeno e una nana bianca a base di ossigeno-neon si sono fuse in una kilonova, alla formazione delle sue due regioni di shock. © 2024 T. Ko
L’evoluzione di SNR 1181. Questa illustrazione traccia l’evoluzione del residuo di SNR 1181, dalla sua creazione quando una nana bianca a base di carbonio-ossigeno e una nana bianca a base di ossigeno-neon si sono fuse in una kilonova, alla formazione delle sue due regioni di shock. © 2024 T. Ko

La capacità di determinare l’età dei resti di supernova o la luminosità al momento della loro esplosione attraverso prospettive archeologiche è una risorsa rara e inestimabile per l’astronomia moderna“, ha affermato Ko. “Tale ricerca interdisciplinare è entusiasmante e mette in luce l’immenso potenziale di combinare diversi campi per scoprire nuove dimensioni dei fenomeni astronomici“.

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