Un gruppo di astrofisici guidato dall'italiana Raffaella Margutti è riuscito ad analizzare l'agonia di una supernova soprannominata la "Mucca": "Un obiettivo che stavamo aspettando da anni"
Un denso corpo stellare, noto come stella di neutroni, si trova all'interno dell'E0102, un residuo di supernova a 200.000 anni luce dalla Terra. Gli astronomi che osservano queste esplosioni stellari possono aver visto il momento della nascita di una stella di neutroni, o forse anche di un buco nero, mille volte più lontano di E0102, nella galassia CGCG 137-068. Fotografia di Optical (Eso/Vlt/Muse & Nasa/Stsci)
Quando i dinosauri iniziavano a vagare per la Terra, più di 200 milioni di anni fa, una stella massiccia stava entrando in agonia. L'esplosione cosmica che ne è risultata è stata così insolita da aver sbalordito gli astronomi quando il suo bagliore ha raggiunto finalmente il nostro pianeta lo scorso giugno.
Adesso, il lampo misterioso potrebbe avere una spiegazione. Sulla base delle ultime osservazioni della strana supernova, soprannominata la "Mucca", una squadra di 45 astronomi sostiene che potrebbe rappresentare la prima osservazione del momento in cui una stella morente si trasforma in un buco nero.
"Questo è l'obiettivo che stavamo aspettando da anni", afferma la team leader Raffaella Margutti, astrofisica della Northwestern University. Margutti e i suoi colleghi hanno presentato il loro lavoro questa settimana all'incontro annuale dell'American Astronomical Society a Seattle, Washington, e presto pubblicheranno le loro scoperte sulla rivista Astrophysical Journal.
I dati del gruppo di ricerca, ottenuti su più lunghezze d'onda della luce, potrebbero anche essere interpretati come una stella massiccia che collassa in una stella di neutroni, cioè in una stella più densa. E altri team che studiano la "Mucca" hanno proposto spiegazioni alternative per tale insolito comportamento. Ma cosa sappiamo esattamente della Mucca e perché per gli astronomi è così difficile da descrivere?
La "Mucca" è esplosa ai margini della galassia nana a spirale CGCG 137-068, distante circa 200 milioni di anni luce dalla Terra. Si chiama "Mucca" per via del suo nome formale AT2018cow (cow significa mucca in inglese ndt) generato automaticamente. Una squadra di astronomi che utilizzava i telescopi ATLAS delle Hawaii l'ha osservata il 16 giugno 2018 e l'ha segnalata ad altri astronomi il 17 giugno, facendo così aumentare il numero di telescopi rivolti verso l'esplosione.
Cosa rende la Mucca così insolita?
Non è la prima volta che viene osservato nel cielo notturno un lampo simile a quello della Mucca, però si tratta di quello più vicino mai rilevato e quindi offre ai ricercatori un'occasione senza precedenti per essere studiato in dettaglio. Essa è diventata molto brillante in pochissimo tempo. Al culmine della sua luminosità, AT2018cow, nelle osservazioni ai raggi X, risultava decine di volte più luminosa delle normali esplosioni stellari chiamate supernovae. Essa ha raggiunto il picco di luminosità in pochi giorni, laddove normalmente alle supernovae occorrono settimane.
Inoltre, la fonte di energia della Mucca non era immediatamente evidente. Normalmente, le supernovae ottengono la loro energia esplosiva dal nichel-56, un isotopo radioattivo contenuto al loro interno. Ma quando gli astronomi hanno calcolato la quantità di materiale espulso dalla Mucca, hanno ottenuto un valore sorprendentemente basso, forse un decimo della massa del nostro sole. Tutto ciò è strano, perché le supernovae normalmente espellono una quantità di materiale pari a decine di masse solari.
Anche se il materiale espulso da AT2018cow fosse interamente composto da nichel-56, non sarebbe sufficiente ad alimentare l'esplosione osservata. Inoltre gli astronomi non si aspettavano di trovare che fosse composto anche da idrogeno ed elio, dal momento che le stelle che esplodono come supernovae teoricamente devono avere già consumato questi elementi come combustibile nucleare.
La Mucca emetteva inoltre radiazioni in maniera insolita. Ad esempio, il gruppo della Margutti ha osservato l'oggetto con il telescopio a raggi X NuStar della NASA e i dati hanno evidenziato che dopo poco più di una settimana dalla prima apparizione, la Mucca è diventata inaspettatamente molto luminosa nel campo dei raggi X ad alta energia. "La prima reazione, quando abbiamo ottenuto i dati, è stata: forse abbiamo fatto qualcosa di sbagliato", afferma la Margutti.
Sappiamo cosa ha generato AT2018cow?
L'ipotesi più accreditata è che al centro della Mucca vi sia un "motore" compatto che genera i raggi X ad alta energia. Questo oggetto, qualunque cosa sia, è nascosto da una nuvola asimmetrica di materiale espulso dall'esplosione.
"Una delle battute che circola è che noi [fisici] descriviamo sempre le cose come mucche sferiche, quando è invece chiaro che questa non è una mucca sferica", dice il coautore dello studio Brian Metzger, un fisico della Columbia University. "È davvero difficile spiegare queste osservazioni come un evento sferico, perché se la sorgente di raggi X alimenta la radiazione ottica, allora come fanno i raggi X a giungere fino a noi?"
Il team della Margutti ha ipotizzato un modello, secondo il quale il materiale espulso dai poli dell'oggetto si muove più velocemente e diventa trasparente prima di quello delle nuvole situate intorno all'equatore. In queste ultime i raggi X del motore ad alta energia irradiano le nuvole equatoriali e ne vengono assorbiti; a seguito di tale irraggiamento, le nuvole si riscaldano e generano la luce visibile della Mucca. Quindi, una parte dei raggi X ad alta energia può uscire solo dai poli meno opachi della Mucca.
I segnali radio provenienti dalla Mucca, invece, avrebbero avuto origine grazie al seguente meccanismo. Quando la Mucca è esplosa, una parte del materiale è stato espulso verso l'esterno ad una velocità superiore a 18.000 miglia al secondo, quasi un decimo della velocità della luce. La parte più veloce di questo materiale si sarebbe scontrata con una fitta nebbia di particelle che circondava la Mucca, riscaldandola e generando le emissioni radio dell'oggetto.
Qual'è il "motore centrale" della Mucca?
Il gruppo della Margutti pensa che vi siano due possibilità. La Mucca potrebbe essere una stella di neutroni dotata di un forte campo magnetico che ruota su se stessa con una frequenza di circa un migliaio di volte al secondo. L'altra possibilità è che l'oggetto sia comparso quando una stella enorme e molto calda, una supergigante blu, a seguito di un'esplosione fallita, si è trasformata in un buco nero.
In questo scenario, quasi tutta la parte interna della stella è collassata per formare il buco nero, senza che questo fatto fosse avvertito inizialmente dagli strati più esterni della stella. Il buco nero interno ha poi aumentato leggermente la sua velocità di rotazione, perdendo un po' di massa sotto forma di uno sciame di neutrini ed espellendo parte del materiale all'esterno, prima di iniziare ad inghiottirlo di nuovo, così il materiale residuo si è accumulato in un disco intorno al buco nero appena nato.
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| Il 17 agosto 2018, lo strumento DEIMOS al W.M. Keck Observatory ha catturato questa immagine di AT2018cow e la sua galassia ospite. Fotografia di R. MARGUTTI/W.M.KECK Observatory |
Margutti e i suoi colleghi non sono gli unici a proporre che la Mucca abbia un motore centrale. In un altro studio accettato dall'Astrophysical Journal, un altro gruppo di ricerca, guidato dall'astronoma del Caltech, Anna Y.Q. Ho, è giunto a conclusioni simili.
Ma Daniel Perley, un astrofisico della Liverpool John Moores University, suggerisce in un suo studio che la Mucca potrebbe essere apparsa quando un buco nero relativamente massiccio già esistente ha ingoiato una stella simile al nostro sole, in un evento noto come distruzione mareale. Mentre l'immensa gravità del buco nero squarciava la stella, i suoi gas si sarebbero accumulati attorno al buco nero in un disco, determinando così l'insolita luminosità della Mucca.
La domanda è se sia possibile l'esistenza di un buco nero di quelle dimensioni alla periferia di una galassia, in un'area che, stando ai segnali radio provenienti dalla Mucca, dovrebbe essere densa di gas. Invece la teoria corrente sostiene che i buchi neri di quel calibro dovrebbero formarsi in ammassi stellari in cui non vi è molto gas.
Margutti sostiene che l'ambiente in cui è situata la Mucca acquisterebbe più senso se la nebbia che lo circonda fosse materiale espulso da una stella enorme, collassata poi in una stella di neutroni o in un buco nero. Ma Perley sottolinea che non si è ancora trovato e studiato alcun buco nero con una massa pari a quella citata dal suo team, quindi non possiamo essere sicuri che la teoria corrisponda alla realtà.
"Il team di [Margutti] è composto da esperti di supernovae di altissimo livello, ma mi piacerebbe vedere se gli esperti di distruzioni mareali riuscirebbero a trovare un modo per far funzionare questo meccanismo", dice Perley.
Cosa accadrà ora?
Le osservazioni a lungo termine della Mucca potrebbero aiutare a scoprire l'identità del suo motore centrale. Se nel cuore della Mucca si trovasse una stella di neutroni magnetizzata, dice Metzger, essa potrebbe, tra qualche anno, inviare flares (fiammate) di raggi X. Un buco nero, invece, non avrebbe questi guizzi.
Ma il modo più utile per saperne di più è quello di trovare altri oggetti simili. Solo di recente gli astronomi hanno acquisito la capacità di individuare tali lampi di luce e di seguirli in tempo reale, dal momento che sono stati messi online molti telescopi robotizzati e osservazioni su larga scala.
"Queste osservazioni del cielo notturno stanno quasi diventando dei film ... È un momento emozionante", dice Metzger. "Non stiamo vedendo più l'Universo come qualcosa di statico, ma di attivo anche su tempi di pochi giorni".
http://www.nationalgeographic.it/scienza/spazio/2019/01/14/news/gli_astronomi_potrebbero_aver_finalmente_osservato_una_stella_che_si_trasforma_in_un_buco_nero-4256352/
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