Un’illustrazione mostra l’Einstein Probe mentre caccia i raggi X cosmici. Un lampo di potente luce X proveniente da un’esplosione di nova su una stella nana bianca ha catturato l’attenzione degli astronomi che utilizzano l’Einstein Probe cinese-europeo. Questa nova è particolarmente eccitante perché la stella nana bianca su cui si trova esiste in un sistema stellare binario particolarmente insolito. Il bagliore ad alta energia è stato avvistato il 27 maggio 2024 proveniente da un sistema stellare nella Piccola Nube di Magellano (SMC), che è un satellite vicino della nostra galassia Via Lattea.
“Stavamo inseguendo fonti fugaci, quando ci siamo imbattuti in questo nuovo punto di luce X nella SMC,” ha detto Alessio Marino dell’Istituto di Scienze Spaziali in Spagna in una dichiarazione. “Ci siamo resi conto che stavamo guardando qualcosa di insolito, [qualcosa] che solo l’Einstein Probe poteva catturare.” L’Einstein Probe è stato lanciato nel gennaio 2024 per studiare l’universo ad alta energia, e tra i suoi strumenti c’è il Wide-field X-ray Telescope (WXT), che è l’unico telescopio a raggi X attualmente in orbita in grado di rilevare raggi X a bassa energia con sufficiente sensibilità per individuare le loro fonti. E, in questo caso, la fonte era una coppia bizzarra di stelle.
Una delle stelle è piuttosto massiccia, totalizzando circa 12 volte la massa del nostro sole. È chiamata stella “Be”, il che significa che è di tipo spettrale B (il secondo tipo più caldo di stella della sequenza principale) e che esibisce forti linee di emissione spettrale. La sua compagna è una stella nana bianca che è circa il 20% più massiccia del nostro sole. Le nane bianche sono la fase finale delle stelle simili al sole che hanno espulso i loro strati esterni per scoprire i loro nuclei.
È in questa dicotomia tra i due oggetti che risiede un paradosso stellare. Una stella simile al sole può sopravvivere per almeno centinaia di milioni di anni, o nel caso del sole attuale, miliardi di anni, prima di diventare una nana bianca. Tuttavia, una stella di 12 masse solari dovrebbe esplodere come supernova dopo solo 20 milioni di anni. Quindi, data la grande differenza nelle durate di vita, come può questa stella Be trovarsi in co-orbita con una compagna nana bianca?
La soluzione sembra essere che la stella Be e la nana bianca stanno condividendo materiale, nutrendosi a vicenda come vampiri. Originariamente, gli scienziati credono, il sistema probabilmente conteneva due stelle con masse rispettivamente di sei e otto volte la massa del nostro sole. Più massiccia è una stella, più velocemente consuma il suo carburante per le reazioni di fusione nucleare nel suo nucleo, e più breve è la sua durata di vita. Quindi, sarebbe stata la stella di otto masse solari a raggiungere questo punto per prima.
Quando le reazioni di fusione nel suo nucleo hanno iniziato a vacillare, la pressione di radiazione dell’energia prodotta in quelle reazioni ha iniziato a diminuire. Questa energia sostiene una stella contro l’attrazione gravitazionale interna, e quando questo flusso di radiazione si indebolisce, porta la gravità a rendere gli strati esterni intorno al nucleo più compatti, aumentando le temperature in modo che le reazioni di fusione possano accendersi sporadicamente negli strati esterni della stella. Questo avrebbe portato a pulsazioni che si riverberavano attraverso la stella, gonfiando le sue estremità esterne fino a diventare un gigante.
A questo punto, gli strati esterni della stella gigante di otto masse solari sarebbero diventati vulnerabili a essere rubati dalla gravità della stella meno massiccia. All’epoca, le due stelle sarebbero state a solo pochi milioni di miglia di distanza, orbitando l’una intorno all’altra una volta ogni tre giorni. Questa vicinanza avrebbe permesso alla gravità della stella meno massiccia di iniziare a rubare materiale dalla stella più massiccia, riducendola. Alla fine, la stella di sei masse solari sarebbe cresciuta fino a 12 masse solari, mentre tutto ciò che restava della stella di otto masse solari era il suo nucleo: una nana bianca di 1,23 volte la massa del nostro sole.
Ora, la nana bianca più compatta sta restituendo il favore, la sua gravità rubando nuovamente materiale tenuto debolmente dalla stella di 12 masse solari. Mentre questo materiale si riversa sulla nana bianca, la pressione e la temperatura nel punto di accrescimento sulla superficie della nana bianca aumentano, fino a quando un’esplosione termonucleare localizzata erompe. Questo risulta in una nova, o un brillante scoppio di luce, inclusi i raggi X. Questo è ciò che ha visto l’Einstein Probe.
I passaggi nella trasformazione di una coppia di due stelle massicce in un sistema con una stella massiccia e una nana bianca. “Questo studio ci offre nuove intuizioni su una fase raramente osservata dell’evoluzione stellare, che è il risultato di un complesso scambio di materiale che deve essere avvenuto tra le due stelle,” ha detto Ashley Chrimes dell’Agenzia Spaziale Europea, nella dichiarazione. “È affascinante vedere come una coppia interagente di stelle massicce possa produrre un risultato così intrigante.”
Lo scambio di materiale ha anche alterato i destini dei due oggetti stellari. Normalmente, una stella di sei masse solari raggiungerebbe la fine della sua vita gonfiandosi in un gigante rosso, prima di espellere i suoi strati esterni per lasciare dietro di sé una nana bianca. Ma avendo accresciuto così tanta massa dalla sua compagna, è destinata a esplodere come supernova. Nel frattempo, una stella di otto masse solari è proprio al confine tra stelle che evolvono in giganti rossi e stelle che esplodono come supernova — ma questa si è invece trasformata in una nana bianca più tipica delle stelle meno massicce.
Questo non significa che non esploderà eventualmente come supernova. Le esplosioni di supernova di tipo Ia spingono alla distruzione delle stelle nane bianche che hanno accresciuto troppa massa. Il limite è 1,44 volte la massa del nostro sole; non ci vorrà molto accrescimento per spingere questa nana bianca oltre il limite in modo che si autodistrugga in una supernova. La sua unica possibilità di sopravvivenza dipende dall’esplosione prima della sua compagna di 12 masse solari. Ora è una corsa contro il tempo per vedere quale delle compagne sopravviverà più a lungo.
I risultati sono stati pubblicati il 18 febbraio su The Astrophysical Journal Letters.