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Una stella massiccia esplosa nella Galassia Girandola a maggio sembra aver inaspettatamente perso circa un sole di massa espulsa durante gli ultimi anni della sua vita prima di diventare una supernova, hanno dimostrato nuove osservazioni. Questa scoperta rivela di più sugli enigmatici giorni finali delle stelle massicce.
La notte del 19 maggio, l’astronomo dilettante giapponese Kōichi Itagaki stava conducendo la sua regolare scansione della supernova utilizzando telescopi basati in tre osservatori remoti sparsi per il paese. Si trovavano, ad esempio, a Yamagata, Okayama e sull’isola di Shikoku.
Gli astrofili hanno una lunga storia di scoperte di stelle che esplodono prima che i professionisti le individuino: Itagaki ne ha raccolte oltre 170, battendo appena il conteggio di oltre 150 dell’astronomo dilettante britannico Tom Boles. Quando Itagaki individuò la luce di SN 2023ixf, tuttavia, lui capì subito di aver trovato qualcosa di speciale. Questo perché questa stella era esplosa nella vicina Galassia Girandola (Messier 101), che si trova a soli 20 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dell’Orsa Maggiore, l’Orsa Maggiore. Cosmicamente parlando, è abbastanza vicino.
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Ben presto, gli astrofili di tutto il mondo iniziarono a osservare SN 2023ixf perché la Girandola in generale è una galassia popolare da osservare. Tuttavia, la fretta è fondamentale quando si tratta di osservazioni di supernova: gli astronomi sono ansiosi di capire esattamente cosa sta succedendo negli istanti immediatamente successivi alla trasformazione di una stella in supernova. Eppure, troppo spesso, una supernova viene avvistata diversi giorni dopo l’esplosione, quindi non si riescono a vedere le sue prime fasi.
Considerando quanto SN 2023ixf fosse vicino a noi e quanto presto sia stato identificato, era un ottimo candidato per uno studio approfondito.
Itagaki entrò in azione.
“Ho ricevuto un’e-mail urgente da Kōichi Itagaki non appena ha scoperto SN 2023ixf”, ha detto in una nota lo studente post-laurea Daichi Hiramatsu dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysicals (CfA).
La corsa per decodificare una supernova
Allertati della supernova, Hiramatsu e colleghi hanno immediatamente messo a disposizione diversi telescopi professionali, tra cui il Multi Mirror Telescope (MMT) da 6,5 metri presso l’Osservatorio Fred Lawrence Whipple sul Monte Hopkins in Arizona. Hanno misurato lo spettro della luce della supernova e come quella luce è cambiata nei giorni e nelle settimane successivi. Quando tracciati su un grafico, questo tipo di dati forma una “curva di luce”.
Lo spettro di SN 2023ixf ha mostrato che si trattava di una supernova di tipo II, una categoria di esplosione di supernova che coinvolge una stella con più di otto volte la massa del sole. Nel caso di SN 2023ixf, le ricerche nelle immagini d’archivio della Girandola hanno suggerito che la stella esplosa potrebbe aver avuto una massa compresa tra 8 e 10 volte quella del nostro sole. Lo spettro era anche molto rosso, indicando la presenza di molta polvere vicino alla supernova che assorbiva le lunghezze d’onda più blu ma lasciava passare quelle più rosse. Tutto ciò era abbastanza tipico, ma ciò che era particolarmente straordinario era la forma della curva di luce.
Normalmente, una supernova di tipo II sperimenta quello che gli astronomi chiamano un “breakout shock” molto presto nell’evoluzione della supernova, quando l’onda d’urto si espande verso l’esterno dall’interno della stella e sfonda la superficie della stella. Tuttavia mancava un urto nella curva di luce derivante dal consueto lampo di luce derivante da questa esplosione shock. Per diversi giorni non si presentò. Si trattava di una supernova al rallentatore o c’era qualcos’altro in atto?
“L’esplosione ritardata dell’onda d’urto è una prova diretta della presenza di materiale denso derivante dalla recente perdita di massa”, ha detto Hiramatsu. “Le nostre nuove osservazioni hanno rivelato una quantità significativa e inaspettata di perdita di massa – vicina alla massa del Sole – nell’ultimo anno prima dell’esplosione”.
Immagina, se vuoi, una stella instabile che emette enormi quantità di materiale dalla sua superficie. Ciò crea una nuvola polverosa di materiale stellare espulso attorno alla stella condannata. L’onda d’urto della supernova quindi non solo deve attraversare la stella, facendola esplodere, ma deve anche attraversare tutto il materiale espulso prima di diventare visibile. Apparentemente, per la supernova in questione ci sono voluti diversi giorni.
Le stelle massicce spesso perdono massa: basta guardare gli imbrogli di Betelgeuse tra la fine del 2019 e l’inizio del 2020, quando ha eruttato una nuvola di materia con una massa dieci volte superiore a quella della Luna terrestre che ha bloccato parte della luce di Betelgeuse, facendola apparire fioca. Tuttavia, Betelgeuse non è ancora pronta per diventare una supernova e, quando lo farà, la nube espulsa si sarà spostata abbastanza lontano dalla stella affinché l’esplosione dello shock sia immediatamente visibile. Nel caso di SN 2023ixf, il materiale espulso era ancora molto vicino alla stella, il che significa che era stato espulso solo di recente e gli astronomi non se lo aspettavano.
Il supervisore di Hiramatsu al CfA, Edo Berger, è stato in grado di osservare SN 2023ixf con il Submillimeter Array su Mauna Kea alle Hawaii, che vede l’universo a lunghe lunghezze d’onda. È stato in grado di vedere la collisione tra l’onda d’urto della supernova e la nube circumstellare.
“L’unico modo per capire come si comportano le stelle massicce negli ultimi anni della loro vita fino al punto di esplosione è scoprire le supernove quando sono molto giovani, e preferibilmente nelle vicinanze, e poi studiarle su più lunghezze d’onda”, ha detto Berger. “Utilizzando telescopi ottici e millimetrici abbiamo effettivamente trasformato SN 2023ixf in una macchina del tempo per ricostruire cosa stava facendo la sua stella progenitrice fino al momento della sua morte.”
La domanda quindi diventa: cosa ha causato l’instabilità?
Le stelle sono proprio come le cipolle
Possiamo pensare a una stella massiccia evoluta come a una cipolla, con diversi strati. Ogni strato è costituito da un elemento diverso, prodotto dalla combustione nucleare sequenziale nei rispettivi strati della stella mentre l’oggetto stellare invecchia e il suo nucleo si contrae e diventa più caldo. Lo strato più esterno è l’idrogeno, poi si arriva all’elio. Quindi, si attraversa in successione il carbonio, l’ossigeno, il neon e il magnesio fino a raggiungere il silicio nel nucleo. Il silicio è in grado di subire reazioni di fusione nucleare per formare ferro, ed è qui che la fusione nucleare nel nucleo di una stella massiccia si ferma: il ferro richiede più energia per essere immessa nella reazione di quella che ne esce, il che non è efficiente per la stella.
Così il nucleo si spegne, la stella vi collassa sopra per poi rimbalzare ed esplodere verso l’esterno.
Una possibilità è che le fasi finali della combustione di elementi di massa elevata all’interno della stella, come il silicio (che viene consumato nell’arco di circa un giorno), siano distruttive, causando impulsi di energia che tremano attraverso la stella e sollevano materiale. la sua superficie. È certamente qualcosa che gli astronomi cercheranno in futuro, ora che sono riusciti a vederlo in una supernova relativamente vicina.
Ciò che la storia di SN 2023ixf ci dice è, per lo meno, che nonostante tutte le indagini professionali alla ricerca di oggetti transitori come le supernove, gli astrofili possono ancora fare la differenza.
“Senza… il lavoro e la dedizione di Itagaki, avremmo perso l’opportunità di acquisire una comprensione critica dell’evoluzione delle stelle massicce e delle loro esplosioni di supernova”, ha affermato Hiramatsu.
In riconoscimento del suo lavoro, Itagaki, che ha continuato a fare osservazioni della supernova utili al team CfA, è elencato come autore nell’articolo che descrive i risultati. L’articolo è stato pubblicato il 19 settembre su The Astrophysical Journal Letters.
Originariamente pubblicato su Space.com.
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