(Main) Un’illustrazione mostra l’osservatorio Vera C. Rubin alla ricerca di supernove di tipo Ia (Riquadro) un’illustrazione di una nana bianca che si nutre raggiungendo la massa critica (Credito immagine: (Main) RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/P. Marenfeld (Riquadro) Robert Lea (creato con Canva)).
L’osservatorio Vera C. Rubin aprirà presto i suoi occhi al cosmo, e gli scienziati prevedono che rileverà milioni di stelle vampiro che esplodono mentre si nutrono dei loro compagni stellari. Attualmente in costruzione sul monte Cerro Pachón in Cile, l’osservatorio Rubin dovrebbe iniziare il suo decennale Legacy Survey of Space and Time (LSST) entro la fine dell’anno. Un afflusso di dati durante questo periodo, dalle cosiddette supernove di tipo Ia, sarà una manna per gli scienziati che indagano sul mistero dell’energia oscura, la forza sconosciuta che sta guidando l’accelerazione dell’espansione dell’universo.
La produzione di luce delle stelle nane bianche esplosive, che sono i resti stellari di stelle con masse simili a quelle del sole, è così uniforme che gli astronomi possono usarla per misurare le distanze. Questa uniformità significa che le supernove di tipo Ia sono spesso chiamate “candele standard”, servendo come un gradino vitale sulla “scala delle distanze cosmiche”. Di solito, è difficile dire se un corpo astronomico, come una stella, è luminoso perché emette molta luce o perché si trova più vicino alla Terra. Il fatto che le supernove di tipo Ia emettano una quantità standard di luce, tuttavia, significa che gli astronomi possono osservare la loro luminosità e i loro colori e combinare queste informazioni con quelle delle loro galassie ospiti per calcolare le loro vere distanze. Questo, a sua volta, può rivelare quanto l’universo si sia espanso perché gli scienziati possono creare pietre miliari per determinate distanze nell’universo.
“Il grande volume di dati provenienti da Rubin ci darà un campione di tutti i tipi di supernove di tipo Ia a diverse distanze e in molti tipi diversi di galassie”, ha dichiarato Anais Möller, membro del team della Rubin/LSST Dark Energy Science Collaboration, in una dichiarazione.
Perché le nane bianche esplodono? Le nane bianche nascono quando stelle con masse simili a quelle del sole esauriscono le loro riserve di carburante necessarie per le reazioni di fusione nucleare nei loro nuclei e quindi collassano sotto l’influenza della propria gravità. Perdendo una grande quantità di massa mentre i loro strati esterni vengono espulsi, questi nuclei stellari morti finiscono sotto il cosiddetto limite di Chandrasekhar di circa 1,4 masse solari. Questo significa che non possono diventare supernove. Il sole subirà questo processo tra circa 5 miliardi di anni, terminando la sua vita come un solitario tizzone stellare in raffreddamento. Tuttavia, se la stella progenitrice della nana bianca esiste in un sistema binario con un’altra stella, questo cadavere stellare può iniziare a sottrarre vampiricamente materiale dal suo compagno. Questo processo continuerà fino a quando la nana bianca avrà accumulato abbastanza materia rubata da superare il limite di Chandrasekhar. Raggiunta questa massa critica, le nane bianche esplodono in supernove di tipo Ia che di solito le distruggono, anche se queste esplosioni possono, in rari casi, lasciare un frammento di “stella zombie”.
Gli astronomi hanno individuato migliaia di questi eventi esplosivi. Il problema, tuttavia, è che vedere una supernova di tipo Ia una o due volte non è sufficiente per costruire un quadro di come la sua luce varia nel tempo. Tuttavia, osservazioni ripetute sono difficili perché queste esplosioni appaiono senza preavviso nel cielo e poi svaniscono. Rubin scansionerà il cielo sopra l’emisfero meridionale ogni notte per 10 anni, coprendo l’intero emisfero approssimativamente ogni poche notti alla ricerca di oggetti con luminosità variabile. Questa rapida capacità di rilevamento renderà Rubin abile nel individuare supernove di tipo Ia e permetterà agli astronomi di indagarle prima che svaniscano. Possedere dati riguardanti più supernove di tipo Ia situate a diverse distanze dalla Terra permetterà agli scienziati di costruire un modello migliore di come l’energia oscura stia influenzando il cosmo.
Rubin fa luce sull’energia oscura Le supernove di tipo Ia sono state intrinseche al concetto di energia oscura dal 1998, quando due team separati di ricercatori hanno utilizzato queste eruzioni di nane bianche per determinare che l’universo si stava espandendo a un ritmo accelerato. Da allora, gli scienziati hanno determinato che l’energia oscura domina l’universo, rappresentando circa il 68% del bilancio energetico e di materia del cosmo. Tuttavia, non è sempre stato così. Qualunque cosa sia l’energia oscura, sembra essere “entrata in gioco” solo quando l’universo aveva tra i 9 e i 10 miliardi di anni. Prima di questo, l’universo era dominato dalla materia — e prima ancora, era governato dall’energia del Big Bang.
Il modello più robusto che abbiamo dell’evoluzione dell’universo, il modello Lambda Cold Dark Matter (LCDM), suggerisce che l’energia oscura è costante. Tuttavia, risultati recenti dallo strumento Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) hanno suggerito che non è così, insinuando che la forza dell’energia oscura stia cambiando. Rubin e l’LSST potrebbero aiutare a risolvere questa questione fornendo un campione più ampio di supernove di tipo Ia a distanze variabili rispetto a quanto gli scienziati abbiano mai avuto a disposizione.
“L’espansione dell’universo è come un elastico che viene allungato. Se l’energia oscura non è costante, sarebbe come allungare l’elastico in quantità diverse in punti diversi”, ha continuato Möller. “Penso che nel prossimo decennio saremo in grado di determinare se l’energia oscura è costante o in evoluzione con il tempo cosmico. Rubin ci permetterà di farlo con le supernove di tipo Ia.”
Gli astronomi dovranno prepararsi per un diluvio di dati quando Rubin inizierà a scansionare il cielo sopra l’orizzonte meridionale. Si stima che Rubin genererà fino a 10 milioni di avvisi incorporati in 20 terabyte di dati ogni notte. I sistemi software elaboreranno questi avvisi prima di essere inviati agli astronomi di tutto il mondo. Tra le supernove nei dati ci saranno altri eventi transitori come stelle variabili e kilonove, la violenta collisione tra resti stellari estremamente densi chiamati stelle di neutroni.
“A causa dei grandi volumi di dati, non possiamo fare scienza nello stesso modo in cui facevamo prima”, ha concluso Möller. “Rubin è un cambiamento generazionale. E la nostra responsabilità è sviluppare i metodi che saranno utilizzati dalla prossima generazione.”