Le nane bianche esplosive osservate dal telescopio Palomar da 48 pollici presso l’Osservatorio Palomar in California (Credito immagine: Mickael Rigault e l’Osservatorio Palomar/Caltech.) Ci sono molti modi in cui le stelle morte possono esplodere. Gli astronomi hanno scoperto questa diversità esplosiva quando hanno valutato 3.628 nane bianche esplosive durante un’indagine del cielo di nuova generazione condotta utilizzando lo Zwicky Transient Facility (ZTF) tra marzo 2018 e dicembre 2020. Ciò significa che questo set di dati di supernove vicine è diverse volte più grande rispetto ai campioni simili precedenti. È uno sviluppo cruciale nella nostra comprensione dei cicli di vita delle stelle con masse simili a quella del sole, che creano nane bianche quando muoiono. Una migliore comprensione delle supernove di tipo Ia potrebbe aiutare a risolvere il mistero dell’energia oscura — la strana forza che sta causando l’espansione accelerata dell’universo. Questo perché, da tre decenni, questi resti stellari esplosivi sono stati fondamentali per la misurazione delle distanze cosmiche. Imparare sulla loro diversità potrebbe aiutare gli astronomi a confrontare queste supernove tra loro, affinando la nostra comprensione dell’energia oscura. “La diversità dei modi in cui le stelle nane bianche possono esplodere è molto maggiore di quanto precedentemente previsto, risultando in esplosioni che vanno da essere così deboli da essere appena visibili ad altre che sono abbastanza luminose da essere viste per molti mesi o anni dopo,” ha detto il capo del team Kate Maguire del Trinity College di Dublino in una dichiarazione. “Grazie alla capacità unica dello ZTF di scansionare il cielo rapidamente e profondamente, è stato possibile scoprire nuove esplosioni di stelle fino a un milione di volte più deboli delle stelle più deboli visibili a occhio nudo.”
Come esplodono le nane bianche! Le nane bianche nascono quando stelle con una massa simile a quella del sole esauriscono l’idrogeno nei loro nuclei. La fine della fusione dell’idrogeno in elio interrompe anche l’energia esterna che sostiene le stelle contro la spinta interna della loro stessa gravità. Il nucleo collassa mentre gli strati esterni delle stelle vengono espulsi. Questo lascia un nucleo stellare fumante, o nana bianca, circondato da una nube in espansione di materiale ex-stellare. Quando il sole attraverserà questo processo tra circa 5 miliardi di anni, trascorrerà il resto della sua esistenza come una solitaria nana bianca, ma non tutte queste stelle morte hanno tali vite solitarie.
Circa il 50% delle stelle con masse simili a quella del sole esistono in un sistema binario con un’altra stella. Ciò significa che un gran numero di nane bianche esistono anche in sistemi binari. Il risultato chiave della ricerca del team è la conferma che ci sono molti modi esotici in cui le nane bianche possono esplodere, e questi processi coinvolgono i partner binari di queste stelle morte. Un’illustrazione mostra un residuo stellare di nana bianca in un sistema binario con una stella simile al sole. (Credito immagine: Robert Lea (creato con Canva)) Quando due stelle simili al sole esistono nello stesso sistema binario poiché si sono formate più o meno nello stesso tempo dalla stessa nube in collasso di gas e polvere, è naturale aspettarsi che entrambe le stelle evolvano in nane bianche più o meno nello stesso tempo. Questo lascia un sistema stellare binario con due nane bianche che orbitano l’una intorno all’altra. Gradualmente, questi resti stellari si avvicinano sempre di più fino a collidere e fondersi. Questo può innescare una supernova in due modi. In primo luogo, la collisione stessa può creare una nana bianca più grande e una supernova di tipo Ia. In alternativa, il residuo stellare che si crea può dare origine a un residuo “figlia” che ha una massa superiore a 1,4 volte la massa del sole. Quella massa è significativa perché è il limite di Chandrasekhar, oltre il quale una stella può esplodere in una supernova a collasso del nucleo e creare una stella di neutroni. Un’illustrazione mostra due stelle morte di nana bianca che collidono e si fondono. (Credito immagine: Robert Lea (creato con Canva)) Se una nana bianca è in un sistema binario con una stella “normale” della sequenza principale che non si è ancora trasformata in una nana bianca o in una stella di neutroni, ha anche un’opportunità per “esplodere”. Se la nana bianca e la sua stella compagna sono abbastanza vicine, o se la stella della sequenza principale entra nella sua fase di “gigante rossa” e si gonfia, allora il residuo stellare può trascinare materiale dal suo partner. L’alimentazione stellare vampirica continua fino a quando la massa donata spinge la massa della nana bianca oltre il limite di Chandrasekhar, innescando una supernova di tipo Ia che di solito distrugge la nana bianca. Ci sono rare occasioni in cui una nana bianca non viene distrutta in una tale supernova dopo un eccesso di alimentazione, ma viene trasformata in una “stella zombie” devastata. Questi eventi sono chiamati supernove di tipo Iax. Le supernove di tipo Ia, in particolare, sono utili agli astronomi perché le loro emissioni luminose standard significano che possono essere utilizzate per misurare le distanze cosmiche. Riferite come “candele standard”, ciò significa che le supernove di tipo Ia possono essere utilizzate per tracciare l’accelerazione dell’espansione dell’universo come risultato dell’energia oscura. Infatti, sono state le osservazioni delle supernove di tipo Ia che hanno portato alla scoperta dell’energia oscura nel 1998. Un’illustrazione mostra una stella di neutroni “vampiro” che si nutre di una stella compagna vicina (Credito immagine: Robert Lea (creato con Canva)) Sarebbe appropriato se ricerche come questa sulle nane bianche esplosive aiutassero a standardizzare queste supernove, assistendo così i ricercatori nel risolvere finalmente questo mistero che persiste da oltre 26 anni. Tuttavia, per utilizzare le supernove di tipo Ia in questo modo e per sondare l’energia oscura, è importante che i ricercatori comprendano come questi eventi possano variare. Entra in gioco questo team di astronomi e lo ZTF. Mentre il team scopriva la diversità degli eventi di supernova di tipo Ia, svelavano sottopopolazioni e oggetti estremi che potevano essere utilizzati per sondare la somiglianza delle caratteristiche o “omogeneità” delle supernove nel loro campione. I ricercatori sono stati anche in grado di sondare come le supernove di tipo Ia variano a seconda degli ambienti in cui esplodono. In particolare, se questa regione era piena di stelle giovani o vecchie, o se era ricca di polvere interstellare o gas strappato da una stella compagna. Questo li ha portati a perfezionare quali supernove erano più simili e quindi dovrebbero essere utilizzate per i calcoli delle distanze cosmiche. “Negli ultimi cinque anni, un gruppo di trenta esperti da tutto il mondo ha raccolto, compilato, assemblato e analizzato questi dati. Ora li stiamo rilasciando all’intera comunità,” ha detto Mickael Rigault, ricercatore presso l’Institut des deux Infinis de Lyon e capo del gruppo di lavoro ZTF Cosmology Science, in una dichiarazione separata. “Questo campione è così unico in termini di dimensioni e omogeneità che ci aspettiamo che abbia un impatto significativo nel campo della cosmologia delle supernove e che porti a molte nuove scoperte aggiuntive oltre ai risultati che abbiamo già pubblicato.” I risultati sono stati pubblicati in una serie di articoli pubblicati in un’edizione speciale di Astronomy & Astrophysics.