Tracce di supernove negli anelli degli alberi

Un geoscienziato della Colorado University BoulderRobert Brakenridge, ritiene che supernove esplose a migliaia di anni luce dalla Terra potrebbero aver lasciato tracce nella biologia e geologia del nostro pianeta. Il suo studio è stato pubblicato questo mese su International Journal of Astrobiology.Nell’arco di pochi mesi, una sola di queste esplosioni può rilasciare tanta energia quanta ne rilascia il Sole durante tutta la sua vita. Una supernova molto vicina potrebbe essere in grado di spazzare via la civiltà umana dalla faccia della Terra. Ma secondo Brakenridge anche da più lontano queste esplosioni potrebbero non essere innocue, inondando il nostro pianeta con radiazioni pericolose e danneggiando lo strato protettivo di ozono. Per valutare i possibili impatti, Brakenridge ha studiato gli anelli degli alberi presenti sul nostro pianeta, cercando le impronte digitali di queste lontane esplosioni cosmiche. Le sue scoperte suggeriscono che, negli ultimi 40mila anni, supernove relativamente vicine potrebbero aver innescato almeno quattro perturbazioni del clima terrestre. I risultati sono tutt’altro che conclusivi, ma gli indizi raccolti suggeriscono che, quando si tratta della stabilità della vita sulla Terra, ciò che accade nello spazio non rimanga sempre confinato allo spazio. «Questi sono eventi estremi, e i loro potenziali effetti sembrano corrispondere a quanto è stato registrato negli anelli degli alberi», riporta Brakenridge. La sua ricerca è imperniata su un atomo in particolare: il carbonio-14 (o radiocarbonio), un isotopo radioattivo del carbonio che sulla Terra si trova solo in piccole quantità. Il radiocarbonio si forma quando i raggi cosmici dallo spazio bombardano l’atmosfera del nostro pianeta. «Di solito la quantità è costante, anno dopo anno», spiega Brakenridge. «Gli alberi raccolgono anidride carbonica e parte di quel carbonio sarà radiocarbonio». A volte, tuttavia, la quantità di radiocarbonio che gli alberi raccolgono è tutt’altro che costante. Gli scienziati hanno scoperto una manciata di casi in cui la concentrazione di questo isotopo all’interno degli anelli degli alberi è aumentata improvvisamente e senza un’apparente ragione. Molti scienziati hanno ipotizzato che questi picchi di diversi anni potrebbero essere dovuti a brillamenti solari o enormi espulsioni di massa dalla superficie del Sole. Brakenridge però non si è limitato a questa ipotesi e ha tenuto in considerazione anche esplosioni molto più lontane. «Stiamo assistendo a eventi terrestri che richiedono una spiegazione. Ci sono solo due possibilità: un brillamento solare o una supernova. Io penso che l’ipotesi della supernova sia stata scartata troppo rapidamente». Gli scienziati hanno registrato supernove in altre galassie che hanno prodotto una quantità enorme di radiazioni gamma, lo stesso tipo di radiazione che può innescare la formazione di atomi di radiocarbonio sulla Terra. Sebbene questi isotopi non siano di per sé pericolosi, un picco nei loro livelli potrebbe indicare che l’energia di una supernova lontana ha viaggiato da centinaia a migliaia di anni luce fino al nostro pianeta. Per mettere alla prova la sua ipotesi, Brakenridge ha stilato un elenco di supernove che si sono verificate relativamente vicino alla Terra negli ultimi 40mila anni. Gli scienziati possono studiare questi eventi osservando le nebulose che si sono lasciate alle spalle. Ha quindi confrontato l’età stimata di quelle esplosioni con quanto è stato registrato negli anelli degli alberi sulla Terra, scoprendo che delle otto supernove più vicine studiate, tutte sembravano essere associate a picchi inspiegabili nella registrazione del radiocarbonio sulla Terra. Di questi otto candidati, quattro sembrano particolarmente promettenti, tra cui il caso di una stella della costellazione della Vela. Questa sorgente celeste, che in passato splendeva quieta a 815 anni luce dalla Terra, è esplosa come supernova circa 13mila anni fa. Non molto tempo dopo, i livelli di radiocarbonio sulla Terra sono aumentati di quasi il 3 per cento: un aumento sbalorditivo. I risultati presentati nello studio non sono neanche lontanamente vicini a essere quella che viene comunemente chiamata smoking gun (una pistola fumante, la prova definitiva). Questo perché in realtà gli scienziati hanno ancora qualche problema a datare le supernove del passato, rendendo incerta la tempistica dell’esplosione avvenuta nella Vela, per esempio, con un possibile errore fino a 1500 anni. Inoltre, non è chiaro quale potrebbe essere stato l’impatto di una tale perturbazione sulle piante e gli animali presenti sulla Terra in quel momento. Ma Brakenridge ritiene valga la pena fare molte più ricerche in proposito, perché gli effetti previsti e modellati sembrano corrispondere esattamente ai dati registrati negli alberi. Brakenridge si augura che l’umanità non debba mai assistere in diretta a questi effetti. Alcuni astronomi recentemente hanno pensato di aver colto segni (poi rientrati) che Betelgeuse, la gigante rossa nella costellazione di Orione, potesse essere sul punto di collassare e diventare una supernova. Ecco, Betelgeuse è a soli 642.5 anni luce dalla Terra, molto più vicino della stella nella Vela. «Possiamo solo sperare», conclude Brakenridge «che non sia quello che sta per accadere, perché Betelgeuse è molto vicina». (Media Inaf)

Pioggerella di ferro dalle supernovae

C’era una volta un pianeta blu dove, all’improvviso, cominciò a calare per tanti anni un’impercettibile pioggerellina di ferro, che pian piano raggiunse le sue terre e i suoi mari, scendendo fino ai fondali più profondi e lì rimanere per milioni di anni. Non pensate che questo sia l’inizio di una favola per bambini: ne sono fermamente convinti i ricercatori che hanno firmato due lavori presentati nell’ultimo numero della rivistaNature. In entrambi il protagonista è il Ferro-60, o più formalmente 60Fe, un isotopo del più diffuso Ferro-56. Nel primo lavoro, gli scienziati guidati da Anton Wallner dell’Australian National University hanno individuato tracce di questo isotopo in diversi campioni dei sedimenti e delle rocce presi da fondali degli oceani Atlantico, Pacifico e Indiano, indicando che il periodo più probabile in cui si sarebbe depositato è compreso tra 3,2 e 1,7 milioni di anni fa. Il Ferro, così come altri elementi pesanti, viene prodotto durante gli eventi di supernova, ovvero esplosioni di stelle massicce giunte al termine del loro ciclo evolutivo. I resti della stella espulsi a grande velocità in gigantesche nubi di gas e polveri vanno così ad arricchire lo spazio circostante con elementi chimici non presenti nella  materia che costituiva l’universo primordiale. Naturale dunque pensare che più o meno in quel periodo, in vicinanza del nostro pianeta, possa essere esplosa una o più supernovae i cui resti, espandendosi sempre più, abbiano poi incrociato la Terra e depositato su di essa una piccola frazione dei suoi costituenti.
Il non facile compito di risalire ai possibili tempi, posizioni e intensità di queste esplosioni è stato portato avanti nel secondo lavoro pubblicato, sempre nell’ultimo numero di Nature, da Dieter Breitschwerdt dell’Istituto di Tecnologia di Berlino e dal suo team.
Ricostruendo con l’ausilio dei computer le traiettorie più probabili del materiale espulso durante le esplosioni di supernova, i ricercatori sono riusciti a stimare che le “fabbriche” del Ferro-60 trovato nei fondali oceanici sarebbero state due eventi di supernvova avvenuti 2,3 e 1,5 milioni di anni fa, a una distanza compresa tra 300 e 330 anni luce dalla Terra. Ma gli scienziati sono andati oltre, stimando che la massa delle stelle esplose fosse di 9,2 e 8,8 masse solari. Questi due episodi sarebbero solo due di circa 16 supernovae avvenute negli ultimi 13 milioni di anni, in una regione di cielo relativamente piccola. Breitschwerdt e il suo team ritengono che i progenitori di queste Supernovae appartenessero ad un ammasso di stelle che oggi viene identificato con l’associazione stellare Scorpius-Centaurus, un gruppo di astri giovani, massicci e luminosi vicini al Sole.
«Nello studio di Breitschwerdt e collaboratori trovo due interessanti spunti di riflessione, oltre ovviamente ai risultati scientifici che vengono presentati» commenta Massimo Della Valle, direttore dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte. «Questa sequenza di esplosioni stellari avvenute nei nostri dintorni e così ravvicinate tra loro – almeno per i tempi scala che caratterizzano l’evoluzione  delle stelle – è un convincente esempio di quel meccanismo che alcuni miliardi di anni fa potrebbe aver arricchito di elementi pesanti,  come per esempio Carbonio, Ossigeno e Azoto la nebulosa primordiale dalla quale si è originato il nostro Sole,  il Sistema solare e in ultima analisi la vita sulla Terra».
L’articolo indica che circa la metà del 60Fe presente nella crosta dei fondali oceanici della Terra proviene dal materiale espulso durante questi eventi. «Questo risultato – prosegue Della Valle-  ci ricorda che la Terra interagisce costantemente con lo spazio che la circonda:  qualche volta in modo “silente”: quasi non ci accorgiamo delle 100 tonnellate di materiale extraterrestre, in gran parte sotto forma di polveri e piccoli meteoriti, che ogni giorno “piovono” dal cielo. Molto più raramente questa interazione Terra-Cielo può avvenire in modo “catastrofico” attraverso impatti con piccoli asteroidi o comete, che nei casi più estremi possono creare profondi sconvolgimenti al nostro ecosistema.  Le esplosioni stellari appartengono certamente a questo secondo tipo di eventi, ma per fortuna, quelle avvenute negli ultimi 13 milioni di anni  sono avvenute a distanza di sicurezza, come oggi effettivamente dimostrato dai due team di astronomi».
Noi comunque possiamo continuare a stare tranquilli: non sono previste imminenti esplosioni di supernova nelle vicinanze della Terra. Betelgeuse e Antares, le stelle supergiganti più vicine alla Terra e accreditate di finire  la loro evoluzione come supernovae, si trovano entrambe ad oltre 600 anni luce da noi, ad una distanza più che doppia di quelle esplose 13 milioni di anni fa. E poi, chissà quando esploderanno…
di Marco Galliani (INAF)
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Supernova con buco nero nella Fenice

Pochi istanti per esplodere, tanti anni per essere studiata e rivelare la sua complessa evoluzione. E’ un destino che si incrocia e parte da lontano quello che segna l’apparizione della supernova 1996al e l’attività di ricerca di Stefano Benetti, astronomo dell’INAF, ora in forza all’Osservatorio Astronomico di Padova. Lui e il suo team in gran parte composto da colleghi dell’INAF, ha in pubblicazione un articolo che è un po’ la ‘summa’ di quasi 20 lunghi anni di raccolta dati e indagini. La storia inizia appunto nel luglio del 1996, quando la supernova apparve in NGC 7689, una bella galassia a spirale distante da noi circa 75 milioni di anni luce, in direzione della costellazione della Fenice. Stefano era allora un giovane astronomo presso l’osservatorio ESO (European Southern Observatory) a La Silla, in Cile, che lì aveva il compito di gestire il programma dedicato ai Target of Opportunity, ovvero quelle osservazioni in cui il tempismo è fondamentale. Come appunto per le esplosioni di supernova, non prevedibili e che richiedono, per ottenere il massimo delle informazioni scientifiche, misure quanto più prossime al tempo della loro prima apparizione in cielo. E così, partono una serie di osservazioni con i migliori strumenti a disposizione dello European Southern Observatory sulle Ande cilene, che nel tempo hanno visto coinvolti anche il Very Large Telescope e gli spettrografi FORS2 e XShooter, ed eseguite all’interno di programmi osservativi guidati dai membri del gruppo di ricerca sulle supernovae presso le strutture INAF di Padova e Asiago. I tanti dati accumulati ed elaborati, sintetizzati nel lavoro che comparirà sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tracciano un quadro dettagliatissimo della storia di SN1996al: classificata come una supernova di tipo II lineare, nella sua fase di massima luminosità ha brillato come più di un miliardo di soli. Tipo II significa che lo spettro ricavato dalla sua radiazione è dominato dalla presenza di righe dell’Idrogeno; lineare significa che la curva di luce segue un andamento lineare (in magnitudine) dopo il massimo. Grazie alle accurate misure spettroscopiche, il team è riuscito a calcolare anche la velocità con cui si stanno allontanando i resti della stella esplosa come supernova, prossima ai quaranta milioni di chilometri l’ora. Ma non solo: è anche riuscito a dedurre che questi brandelli stellari si stavano muovendo all’interno di altro materiale, perso dalla stella progenitrice prima dell’esplosione e in moto a velocità almeno dieci volte più basse. «Probabilmente, questo materiale circumstellare non era distribuito uniformemente attorno alla stella, ma era soprattutto distribuito su un disco la cui estensione era maggiore di 0.5 anni luce» spiega Benetti. «Dunque la stella ha perso questo disco di materia in modo costante per molto tempo prima di esplodere». «Fatto insolito per questi tipi di studi, abbiamo rintracciato in dati di archivio la luce emessa dalla stella progenitrice nella riga H-alfa dell’idrogeno ionizzato, otto anni prima di esplodere» aggiunge Benetti. «Questa osservazione fondamentale ci ha detto che l’oggetto celeste inizialmente era una stella abbastanza massiccia, con una massa 25 volte quella del Sole». «Questo – prosegue l’astronomo – insieme allo studio della variazione della luminosità  e velocità  della supernova, ci ha portato con il tempo ad ipotizzare che la stella progenitrice di SN 1996al abbia prodotto un’esplosione intrinsecamente abbastanza debole (circa dieci volte più debole di una supernova “normale”), dove la maggior parte della materia che formava la stella non è stata espulsa nell’esplosione, ma è ricaduta sul remnant, ovvero il residuo densissimo del nucleo stellare sopravvissuto alla catastrofica deflagrazione. Quindi, al centro della zona dove è avvenuta l’esplosione ora ci dovrebbe essere un buco nero avente una massa di circa 7-8 masse solari! Potremmo aver così osservato per la prima volta la fine di una stella massiccia, altrimenti destinata ad una fine oscura ed anonima (come previsto dalle teorie di evoluzione stellare) se non avesse avuto attorno una nebulosa che ha reso l’ultimo suo bagliore non solo notevolmente più luminoso, ma anche estremamente protratto nel tempo.»
di Marco Galliani (INAF)

Supernovae e buchi neri: una partnership cosmica

Le supernovae potrebbero rappresentare una sorta di “impresa di pulizie” dell’Universo. Pare che le esplosioni stellari, che segnano la fine del ciclo vitale di una stella, lavorino “a braccetto” con i buchi neri supermassicci per spazzare via il gas arrestando così i processi di formazione stellare. Uno studio recente, guidato dagli astronomi della Michigan State University, ha trovato che i buchi neri localizzati nel cuore delle galassie creano delle vere e proprie “fontane” di particelle cariche che rimescolano il gas in tutta la galassia interrompendo, se pur temporaneamente, la nascita di nuove stelle. I risultati su Astrophysical Journal Letters. A meno che non intervenga un altro processo, il gas alla fine si raffredda e determina nuovamente la creazione delle stelle. Tuttavia, enormi e violente esplosioni di alta energia proveniente dal buco nero centrale potrebbero far innalzare a sufficienza la temperatura del gas intergalattico al punto tale da far sì che le supernovae prendano il sopravvento spazzando via il caos che si viene a creare. Questi “spazzini cosmici” potrebbero aiutare gli astronomi a comprendere il perché alcune galassie ellittiche massicce abbiano smesso di generare nuove stelle miliardi di anni fa. «Una nostra precedente ricerca ha mostrato che le emissioni violente di radiazione provenienti dai buchi neri possono limitare in qualche modo i processi di formazione stellare nella galassie massicce, anche se esse non possono estinguerla completamente. Qualcosa d’altro è richiesto per spazzare via il gas che le stelle morenti scaricano continuamente nelle galassie perciò crediamo che la ‘pulizia’ prodotta dalle supernovae sembra essere il meccanismo più adeguato per fare questo», conclude Mark Voit della Michigan State University e autore principale dello studio.
di Corrado Ruscica (INAF)

Non tutte le supernove “Ia” sono uguali

Grazie alla loro straordinaria regolarità, sono i “righelli cosmici” presenti da anni nell’astuccio d’ogni astrofisico, strumenti d’elezione per prendere le misure a un universo in espansione. Questo perché le supernove di tipo Ia esplodono tutte allo stesso modo, tutte al superamento di un’identica soglia: il limite di Chandrasekhar, corrispondente a circa 1.44 masse solari. Soglia raggiunta da una nana bianca consumando poco a poco, in un sistema binario, la materia sottratta alla stella compagna. Insomma, un perfetto meccanismo a orologeria, in grado di produrre esplosioni di luminosità pressoché identica – da qui l’appellativo di “candele standard” – in tutto l’universo. Dunque un riferimento in teoria assoluto, irrinunciabile per calcolare la distanza delle galassie che le ospitano. Ebbene, alcune recenti osservazioni sembrano mostrare che così standard non sono: di supernove Ia potrebbero esisterne almeno due diversi sottotipi. A far sorgere il dubbio, le osservazioni compiute in banda ultravioletta, utilizzando il telescopio spaziale Swift della NASA, da un team di astronomi guidato da Peter Milne della University of Arizona, poi confrontate con quelle ottenute in banda ottica dal telescopio spaziale Hubble. Proprio i dati in ultravioletto hanno evidenziato la presenza di differenze inattese fra le supernove osservate. Differenze emerse sotto forma di lievi spostamenti spettrali verso il rosso o verso il blu, assai difficili da cogliere affidandosi ai soli dati in banda ottica, e che potrebbero avere importanti ripercussioni in ambito cosmologico. «Ciò che abbiamo trovato è che non si tratta di differenze casuali, anzi: ci inducono a distinguere le supernove di tipo Ia in due diversi gruppi. E il gruppo che risulta minoritario a breve distanza da noi diventa quello predominante a distanze maggiori – dunque quando l’universo era più giovane», spiega Milne. «Andando indietro nel tempo, vediamo dunque un cambiamento nella popolazione delle supernove. L’esplosione sembra avere qualcosa di diverso, qualcosa che non si coglie osservando in banda ottica, ma che diventa evidente in ultravioletto. Poiché nessuno l’aveva mai notato prima, queste supernove erano state gettate insieme nello stesso mucchio. Ma se ne osserviamo dieci fra quelle a noi più vicine, queste saranno in media più “rosse” di quanto non lo sia un campione di altre dieci scelte fra quelle più lontane». La conseguenza più eclatante di questa non uniformità sarebbe, se confermata, che l’espansione dell’universo accelera meno del previsto. Le supernove di tipo “Ia” sono infatti uno dei tre pilastri osservativi (gli altri due sono la radiazione di fondo cosmico a microonde e le oscillazioni barioniche acustiche) a sostegno dell’espansione accelerata, scoperta per la quale Saul Perlmutter, Brian Schimdt e Adam Reiss hanno ottenuto nel 2011 il Nobel per Fisica. Una conseguenza, dunque, che avrebbe a sua volta ripercussioni sulla quantità di energia oscura presente nel cosmo: in particolare, stando agli autori dello studio, potrebbe essere inferiore a quanto atteso. E se la presenza della dark energy – per quanto ridimensionata – non sarebbe comunque messa in discussione dalle osservazioni di Milne e colleghi, è il possibile venir meno di uno strumento affidabile per studiarla a preoccupare maggiormente gli scienziati. «Il risultato presentato nell’articolo in questione è sicuramente allarmante, non tanto per l’esistenza o meno dell’energia oscura, un risultato che a mio modo di vedere rimane solido, ma per l’utilizzo delle supernove di tipo Ia nell’indagine sulla sua stessa natura», puntualizza infatti Enrico Cappellaro, astrofisico ed esperto di supernove presso l’Osservatorio astronomico dell’INAF di Padova, al quale abbiamo chiesto un commento. «Per quest’ultimo obiettivo la precisione richiesta è decisamente superiore, e quindi un problema sistematico nella calibrazione può essere catastrofico». «D’altre parte», mette in guardia lo stesso Cappellaro, «devo ammettere di avere ancora qualche dubbio sulla consistenza dell’effetto trovato. C’è bisogno di migliorare la statistica per verificare se effettivamente si tratta di due popolazioni distinte, e per confermare l’evoluzione con il redshift delle proprietà delle supernove Ia».
di Marco Malaspina (INAF)

Supernovae di tipo core-collapse

Le Supernovae di tipo core-collapse rappresentano l’ultimo atto della evoluzione di stelle massicce, almeno 8-10 volte la massa del sole. Oggi sappiamo che, al termine della loro evoluzione, i nuclei di queste stelle implodono sotto l’effetto della loro gravità, per poi esplodere con l’energia equivalente a quella prodotta da miliardi di Soli. Il 99% dell’energia viene emessa sotto forma di neutrini, particelle “impalpabili” difficilissime da rilevare, e solo un misero 1% viene trasformato in energia cinetica e radiazione luminosa, permettendo alla Supernova di rendersi visibile a miliardi di anni luce di distanza.

SN2012EC indicata dalla freccia nella galassia NGC1084

Molte però sono ancora le domande con risposte incerte. Ad esempio: quanto dipende l’energia dell’ esplosione dalla massa del progenitore? La massa è il “driver parameter” o ce ne sono altri? Soprattutto, siamo sicuri di utilizzare tecniche omogenee di analisi dei dati, per poter poi effettuare confronti significativi?
A queste domande ha cercato di rispondere uno studio recente, pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), ad opera di un team internazionale guidato dagli astronomi dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte. «Abbiamo selezionato tre supernovae di tipo IIP, caratterizzate da un esteso inviluppo di idrogeno», spiega Cristina Barbarino, studentessa di dottorato presso l’Osservatorio di Capodimonte, e prima firma dell’articolo, «utilizzando esattamente le stesse metodologie di riduzione di dati, analisi e modellizzazione, per evitare di introdurre differenze sistematiche che alterassero i risultati». Le tre supernovae confrontate sono la SN 2012ec (oggetto dell’articolo), la SN 2012aw e la SN 2012A, studiata dagli astronomi di INAF-Osservatorio Astronomico di Padova.
Le tre supernovae hanno la particolarità che per ognuna di esse è stato possibile identificare la stella progenitrice, da immagini di archivio, rendendo così possibile un confronto fra i risultati provenienti dai modelli di evoluzione stellare con quelli espressi dai modelli idrodinamici di esplosione, sviluppati da Luca Zampieri e Maria Letizia Pumo (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova). Per tutti e tre gli oggetti i dati sono stati raccolti nell’ambito del progetto Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects (PESSTO), una survey pubblica che ha come obiettivo la raccolta, lo studio e la creazione di un database di spettri di oggetti transienti, principalmente supernovae. Il Principal Investigator di PESSTO, Stephen Smartt della Queen’s University di Belfast, commenta: «In circa tre anni di attività PESSTO ha classificato e studiato oltre 270 transienti, di cui oltre l’80% supernovae, producendo dati accurati di enorme valore».
Lo studio, pur riducendo la differenza “storica” nelle masse ricavate con le due metodologie (evolutiva ed idrodinamica) ha altresì messo in dubbio la relazione diretta fra energia della supernova e massa della stella progenitrice, suggerita in uno studio recente. Se confermato, questo risultato implicherebbe che l’energia di esplosione è influenzata in modo significativo anche da altri parametri come ad esempio la composizione chimica, la rotazione o l’eventuale presenza di una stella compagna. «Il nostro risultato è basato su soli tre oggetti ed è quindi preliminare», ammette Massimo Dall’Ora, dell’INAF di Napoli e co-autore dello studio «sarà necessario completare la nostra analisi aumentando il campione di Supernovae studiate».
Oltre alla dottoranda Cristina Barbarino, all’articolo ha partecipato una folta schiera di astronomi INAF (vedi l’articolo) e una ventina di studiosi, provenienti da prestigiosi centri di ricerca internazionali, tra i quali il nobel Brian Schmidt (Australian National University). Nella foto SN2012EC indicata dalla freccia nella galassia NGC1084.
Redazione Media Inaf

La drammatica fine di due nane bianche: esplosione di una supernova di tipo IA

L’equipe di astronomi guidata da Miguel Santander-García (Observatorio Astronómico Nacional, Alcalá de Henares, Spagna; Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), Madrid, Spagna), usando il Very Large Telescope dell’ESO insieme con telescopi delle Isole Canarie, ha identificato due stelle degeneri nel cuore della nebulosa planetaria Henize 2-428. Le due nane bianche sono in orbita l’una intorno all’altra e perciò ci si aspetta che diventino a mano a mano sempre più vicine e, quando alla fine si fonderanno, tra circa 700 milioni di anni, conterranno materiale a sufficienza per innescare una potente esplosione di supernova di tipo Ia. Questo tipo di evento si verifica quando una nana bianca acquisisce massa in eccesso – per accrescimento da una stella compagna o per fusione con un’altra nana bianca. Quando la massa oltrepassa il cosiddetto limite di Chandrasekhar la stella non riesce più a sostenersi e inizia a contrarsi: questa implosione fa aumentare a dismisura la sua temperatura interna sviluppando una reazione nucleare incontrollata che fa a pezzi la stella.

Rappresentazione artistica che mostra la zona centrale della nebulosa planetaria Henize 2-428. Il nucleo di questo oggetto singolare è formato da due nane bianche che piano piano si avvicineranno l'una all'altra fondendosi entro 700 milioni di anni. Questo evento produrrà una spettacolare supernova di tipo Ia e distruggerà entrambe le stelle. Crediti: ESO/L. Calçada

Quella che è stata scoperta è una coppia stretta di nane bianche – resti stellari molto piccoli ma estremamente densi – che ha una massa totale di circa 1,8 volte quella del Sole. È la coppia più massiccia finora trovata. Il limite di Chandrasekhar è la massa più grande che una nana bianca può sopportare prima di collassare gravitazionalmente (questo valore è ben noto e vale circa 1,4 volte la massa del Sole). Nella foto: rappresentazione artistica che mostra la zona centrale della nebulosa planetaria Henize 2-428. Il nucleo di questo oggetto singolare è formato da due nane bianche che piano piano si avvicineranno l’una all’altra, fondendosi entro 700 milioni di anni. Questo evento produrrà una spettacolare supernova di tipo Ia e distruggerà entrambe le stelle. Crediti: ESO/L. Calçada Il team di ricercatori che ha trovato questa coppia massiccia stava in realtà lavorando a un problema diverso: voleva scoprire il modo in cui alcune stelle, giunte nella fase finale del loro ciclo evolutivo, producono delle nebulose asimmetriche, di forma strana. Uno degli oggetti studiati era l’anomala nebulosa planetaria conosciuta come Henize 2-428. «Quando abbiamo osservato la stella centrale di questo oggetto con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO abbiamo trovato non un solo oggetto, ma una coppia di stelle nel cuore di questa deforme nube incandescente», ha commentato il co-autore del paper, pubblicato su Nature, Henri Boffin dell’ESO.

Immagine della singolare nebulosa planetaria è stata ottenuta con il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO all'Osservatorio del Paranal in Cile. Crediti: ESO

Questa scoperta dà credito alla teoria che una stella centrale doppia possa spiegare la forma inusuale di alcune di queste nebulose, ma c’era un risultato ancora più interessante. «Ulteriori osservazioni effettuate con i telescopi sulle Isole Canarie hanno permesso di determinare l’orbita delle due stelle e dedurne la massa e la separazione. E qui abbiamo avuto la sorpresa più grande», riferisce Romano Corradi, un altro degli autori dello studio e ricercatore all’Instituto de Astrofísica de Canarias (Tenerife, IAC).  «Finora, la formazione di supernove di tipo Ia a causa della fusione di due nane bianche era solo una previsione teorica», ha spiegato David Jones, co-autore dell’articolo e Fellow dell’ESO nel momento in cui sono stati ottenuti i dati. «La coppia di stelle in Henize 2-428 è invece reale!». Santander-García ha concluso: «È un sistema veramente enigmatico. Avrà ripercussioni importanti sullo studio delle supernove di tipo Ia, usate diffusamente per misurare le distanze astronomiche e chiave della scoperta che l’espansione dell’Universo sta accelerando a causa dell’energia oscura». Nella foto sopra l’immagine della singolare nebulosa planetaria Henize 2-428 è stata ottenuta con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO all’Osservatorio del Paranal in Cile. Crediti: ESO Gli astronomi hanno scoperto che la massa di ciascuna delle stelle è poco più piccola di quella del Sole e che le orbite reciproche durano circa quattro ore. Sono sufficientemente vicine l’una all’altra perché, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, si avvicinino sempre di più, con un moto a spirale accompagnato da emissione di onde gravitazionali, prima di fondersi in una singola stella entro circa 700 milioni di anni. La stella che ne risulterà sarà così massiccia che nulla potrà impedirne il collasso e la successiva esplosione come supernova.  Ai posteri il drammatico spettacolo…
di Eleonora Ferroni (INAF)

Sul fondo dell’oceano la verità sulle supernovae

Studiando le profondità marine degli oceani terrestri, gli scienziati hanno trovato una sorpresa che potrebbe cambiare il nostro modo di intendere le supernovae, cioè quelle esplosioni stellari così energetiche la cui luminosità può superare per brevi periodi quella di una intera galassia. Lo studio si è basato sull’analisi di campioni di polvere cosmica depositata sui fondali oceanici, che si pensava fosse collegata direttamente alle supernovae, per determinare la quantità di elementi pesanti generati dalle esplosioni stellari. «Quando esplode una stella, sulla Terra arrivano piccole quantità di frammenti dopo aver viaggiato a lungo nello spazio intergalattico», spiega Anton Wallner del Research School of Physics and Engineering at The Australian National University (ANU) e autore principale dello studio. «Abbiamo analizzato la polvere galattica depositata sui fondali marini nel corso degli ultimi 25 milioni di anni, trovando che sono presenti molto meno elementi pesanti, come il plutonio e l’uranio, di quanto abbiamo ipotizzato in precedenza». I risultati sono in contrasto con le attuali teorie sulle supernovae secondo cui alcuni elementi necessari per lo sviluppo della vita, come il ferro, il potassio e lo iodio, vengono creati dalle stelle per poi essere spazzati nel mezzo interstellare. Inoltre, le supernovae producono piombo, argento e oro assieme ad altri elementi radioattivi pesanti, come appunto l’uranio e il plutonio. In particolare, il gruppo di Wallner ha studiato il plutonio-244, una sorta di orologio radioattivo naturale che decade con un tempo di vita media pari a 81 milioni di anni. «Sin da quando si è formata la Terra dal gas e dalle polveri intergalattiche, circa quattro miliardi di anni fa, ogni elemento riconducibile al plutonio-244 esistito sul nostro pianeta ha continuato a subire il processo del decadimento radioattivo», dice Wallner. «Dunque, riteniamo che questo elemento presente qui sulla Terra deve essersi creato a seguito di eventi esplosivi che sono avvenuti più di recente, cioè nel corso degli ultimi centinaia di milioni di anni». I ricercatori hanno analizzato un campione della crosta terrestre spesso 10 cm, che rappresenta l’accrescimento di 25 milioni di anni, così come alcuni sedimenti marini raccolti da un’area molto stabile nei fondali dell’Oceano Pacifico. «Abbiamo trovato una quantità di plutonio-244 100 volte inferiore di quanto ci aspettavamo», continua Wallner. «Pare che questi elementi più pesanti non si siano formati nelle supernovae ma pensiamo che siano stati generati a seguito di eventi più rari ed esplosivi, come ad esempio la fusione di due stelle di neutroni». Inoltre, secondo gli autori, il fatto che tali elementi pesanti, come il plutonio, erano presenti sulla Terra, così come l’uranio e il torio, suggerisce che deve essere accaduto un evento esplosivo vicino al nostro Sistema Solare intorno all’epoca in cui si è formato l’elemento. «Gli elementi radioattivi presenti sulla Terra, come l’uranio e il torio, forniscono quel calore necessario che determina la deriva dei continenti. Forse, gli altri pianeti non possiedono lo stesso meccanismo», conclude Wallner.
di Corrado Ruscica (INAF)

I resti di supernova Puppis A

Quella che appare come una nube impetuosa è un’onda d’urto irregolare, che si estende nello spazio per circa 10 anni luce, generata da una supernova la cui deflagrazione sarebbe stata osservata dalla Terra 3.700 anni fa. Ciò che vediamo oggi è quanto resta dell’esplosione, il cosiddetto supernova remnant (SNR): una struttura chiamata Puppis A (dal nome della costellazione in cui si trova, quella della Poppa), a circa 7.000 anni luce da noi. Le delicate tinte color pastello dell’immagine rivelano la vicinanza, quasi una fusione, fra le strutture che emettono a infrarossi e quelle che emettono a raggi X. La luce infrarossa, in particolare, è prodotta dalle particelle di polvere calda, ed è qui rappresentata nelle tonalità del rosso e del verde. In blu, invece, l’emissione in banda X, dovuta al materiale surriscaldato dall’onda d’urto della supernova. Nelle regioni in cui le emissioni a diverse lunghezze d’onda tendono a mescolarsi, ecco che l’immagine assume un incarnato più tenue e più chiaro. Là dove entra in collisione con le nuvole di polvere e di gas che riempiono lo spazio interstellare circostante, l’onda d’urto sembra invece diventare incandescente. Analizzando il bagliore infrarosso, gli astronomi sono giunti a concludere che la quantità totale di polvere presente nella regione è pari a circa un quarto della massa del nostro Sole. I dati raccolti dallo spettrografo a infrarossi a bordo di Spitzer mostrano come l’onda d’urto stia frantumando i fragili grani di polvere che riempiono lo spazio circostante. È proprio con esplosioni di supernova come questa che vengono forgiati gli elementi pesanti, destinati a loro volta a diventare materia prima per successive generazioni di stelle e pianeti. Studiare come i resti di supernova si espandono nella galassia, e il modo in cui interagiscono con la materia che incontrano, fornisce dunque indizi importanti sulle nostre origini.
Fonte: Supernova Seen In Two Lights (NASA/JPL)

Hubble fotografa la stella dannata

La scena è quella classica del più pirotecnico fra i botti astronomici: l’esplosione d’una supernova. Solo che questa volta potremmo avere la “foto del petardo” quand’ancora era integro. Un sogno per gli astronomi, che non essendo fino a oggi riusciti a incastrare gli oggetti responsabili di quelle esplosioni note come supernove di tipo Ia – in questo caso, per l’esattezza, una mini-supernova detta di tipo Iax – devono accontentarsi di supposizioni. A scattarla, quasi senza volerlo, è stata la Wide-Field Camera 3 del telescopio spaziale Hubble. E a compiere il lavoro di analisi, descritto oggi sulle pagine di Nature, un team di ricercatori guidato da Curtis McCully, studente di dottorato alla Rutgers University, nel New Jersey. Se la scoperta sarà confermata, rappresenterà una tappa fondamentale nel percorso verso la comprensione delle supernove. Ma andiamo per ordine. È il mese di gennaio del 2012 quando gli astronomi del progetto Lick Observatory Supernova Search (LOSS) individuano i resti evidenti di un’esplosione di supernova nella galassia NGC 1309, a 110 milioni di anni luce da noi. Battezzata SN 2012Z, all’analisi spettroscopica mostra i tratti tipici delle supernove di tipo Iax. Meno energetiche delle “cugine” di tipo Ia, queste mini-supernove sono relativamente rare – gli astronomi ne hanno individuate una trentina – e dopo l’esplosione possono lasciarsi alle spalle una nana bianca superstite: per l’appunto, una “stella-zombie”. A rendere questo evento diverso dagli altri è una fortunata coincidenza: pochi anni prima, in particolare a cavallo fra il 2005 e il 2006 poi ancora nel 2010, quella regione della galassia NGC 1309 venne fotografata più volte da Hubble. Non appena McCully e colleghi se ne rendono conto, si mettono a scartabellare nel catalogo del telescopio spaziale per recuperare le preziose immagini precedenti all’esplosione. E dopo averne migliorato il contrasto ecco apparire un oggetto caratteristico, esattamente nei dintorni del punto in cui è esplosa la supernova. «Sono rimasto assai sorpreso nel vedere qualcosa proprio lì, nella posizione della supernova. Basandoci sulle precedenti esperienze nella caccia ai progenitori di normali supernove di tipo Ia», spiega McCUlly, «ci aspettavamo che anche in questo caso il sistema progenitore fosse troppo debole per risultare visibile. Quando la natura ci sorprende è sempre un’emozione». Ancora più emozionante, però, potrebbe rivelarsi quello che si potrà intravedere verso la fine del 2015, quando la luminosità della supernova non sarà più accecante com’è ora. Se l’ipotesi dei ricercatori è corretta, il misterioso progenitore all’origine della supernova doveva essere un sistema binario formato da una nana bianca e da una stella compagna, di circa due masse solari,formata principalmente di elio. E al ricalar delle tenebre uno dei due oggetti, per quanto stremato dall’esplosione, potrebbe tornare a brillare.
di Marco Malaspina (INAF)

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