Il telescopio spaziale Kepler della NASA, costruito per dare la caccia ai pianeti extrasolari, è riuscito a catturare per la prima volta il flash brillante emesso dall’onda d’urto di una stella durante la sua esplosione.
Rappresentazione artistica del momento in cui una supergigante rossa esplode come supernova. Crediti: NASA
Un team internazionale di scienziati guidato da Peter Garnavich, professore di astrofisica presso l’Università di Notre Dame nell’Indiana, ha analizzato la luce raccolta da Kepler ogni 30 minuti per un periodo di tre anni da 500 galassie lontane, indagando qualcosa come 50 milioni di milioni di stelle. Lo scopo della ricerca era scovare l’esplosione di stelle massicce, note anche come supernove. All’interno di questo immenso campione, il team ha scovato due sorgenti che hanno intensificato improvvisamente la loro luminosità in un modo che fa pensare si tratti proprio di supernove.
Nel 2011, due stelle massicce, classificate come supergiganti rosse, sono letteralmente esplose sotto gli occhi di Kepler. Il primo colosso prende il nome di KSN 2011a, è quasi 300 volte più grande del nostro Sole e si trova ad appena 700 milioni di anni luce dalla Terra. La seconda stella è di taglia ancora maggiore: si chiama KSN 2011D, ha un raggio pari a circa 500 volte quello del Sole e si trova a 1.2 miliardi di anni luce di distanza da noi. «Per avere un’idea più chiara delle dimensioni di questi oggetti, l’orbita della Terra attorno al Sole potrebbe stare comodamente all’interno di ciascuna di queste immense stelle», spiega Garnavich.
L’onda d’urto di una supernova che esplode ha una durata di pochi minuti, perciò cogliere sul fatto una stella durante il flash di energia è una sfida enorme per gli astronomi. «Per riuscire a catturare un evento che ha una durata breve come l’onda d’urto di una supernova che sta esplodendo bisogna monitorare la stessa porzione di cielo di continuo», dice Garnavich. «Non sappiamo in anticipo quando una supernova stia per accendersi, solo lo sguardo costante di Kepler ci ha permesso di testimoniare il momento dell’esplosione». Le supernove del tipo tipo osservato si innescano quando il motore interno della stella esaurisce il proprio combustibile nucleare, causando il collasso gravitazionale del nucleo. Supernove di questa natura sono anche chiamate di tipo II.
Il diagramma illustra il profilo di luminosità di un evento di supernova riferito a una scala dove 1 è la luminosità emessa dal Sole. Nell’inserto è mostrato l’effetto dell’onda d’urto, che dura in tutto circa 20 minuti. Grazie allo sguardo costante del telescopio spaziale Kepler della NASA è stato possibile vedere in diretta questo flash emesso dalla stella KSN 2011D. Crediti: NASA Ames/W. Stenzel
Entrambe le esplosioni catturate da Kepler hanno manifestato caratteristiche in accordo con i modelli che spiegano l’emissione delle supernove di tipo II, ma hanno mostrato anche caratteristiche inaspettate. Se da un lato tutte e due le curve di luce esibiscono il picco tipico previsto dalla teoria, la più piccola delle due stelle non ha lasciato segni riconducibili ad alcuna onda d’urto. Gli scienziati ritengono che la mancata osservazione sia dovuta al fatto che questa stella è circondata da gas che hanno impedito all’onda d’urto di manifestarsi. «Questo è un mistero dei risultati raccolti», spiega Garnavich. «Abbiamo osservato due supernove simili e abbiamo visto due cose differenti!».
Sappiamo che l’Universo ha prodotto inizialmente solo idrogeno ed elio, mentre tutti gli altri elementi più pesanti, specialmente quelli necessari alla vita, sono stati prodotti all’interno delle stelle o durante la loro esplosione. Migliorare la nostra comprensione di questi episodi violenti del cosmo ci permette quindi di capire meglio come questi elementi chimicamente complessi si siano prodotti e dispersi nello spazio.
«Tutti gli elementi pesanti provengono da esplosioni di supernova. Ad esempio tutto l’argento, il nichel e il rame terrestri, anche quelli presenti nei nostri corpi, sono stati generati durante l’esplosione di una stella», afferma Steve Howell, membro del team scientifico di Kepler. «La vita stessa esiste solo grazie alle supernove».
Garnavich fa parte di un gruppo di ricerca chiamato Kepler ExtraGalactic Survey (KEGS), la cui attività consiste nella raccolta di dati extragalattici con il telescopio spaziale Kepler durante la sua seconda fase operativa. Il team ha quasi concluso l’estrazione dei dati utili alla campagna, raccolti da Kepler durante la sua prima fase operativa, conclusa nel 2013 a causa della rottura del sistema che manteneva stabile il telescopio. Grazie agli sforzi di tecnici e ingegneri, a partire dal 2014 è stato possibile ricominciare ad osservare con Kepler, entrando appunto nella seconda fase operativa. Al momento il team di KEGS sta iniziando l’analisi dei dati raccolti alla ricerca di supernove in galassie ancora più lontane.
«Se con la sua prima fase di osservazioni Kepler ci ha permesso di dare un primo sguardo a questi eventi spettacolari, durante la seconda fase ci aspettiamo di ottenere informazioni dettagliate su decine di esplosioni di supernove», aggiunge Tom Barclay, ricercatore presso il centro Ames della NASA. «Questi risultati sono un preambolo molto allettante per ciò che potremmo scoprire in un prossimo futuro!».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo pubblicato su The Astrophysical Journal “Shock Breakout and Early Light Curves of Type II-P Supernovae Observed with Kepler” di P. M. Garnavich, B. E. Tucker, A. Rest, E. J. Shaya, R. P. Olling, D. Kasen e A. Villar