L’avvicinamento di due nane bianche in un sistema binari produce onde gravitazionali. Visione d’artista realizzata dalla NASA
Violente ma affidabili. È così che gli astronomi considerano le esplosioni di supernova di tipo Ia. Eventi dove in pochi secondi viene rilasciata una quantità enorme di energia che seppure per un breve periodo, riesce a farle brillare con una luminosità pari a quella di miliardi di stelle messe insieme. Allo stesso tempo, questa elevatissima luminosità è molto simile per ogni evento, ed è proprio grazie a questa caratteristica che le supernovae Ia vengono utilizzate come candele standard per tracciare le distanze cosmiche. Non solo: è proprio grazie alle loro osservazioni che abbiamo scoperto che il nostro universo non solo si sta espandendo, ma anzi sta accelerando la sua espansione. Scoperta che è valsa il premio Nobel per la Fisica nel 2011.
Nonostante questo, non è ancora chiaro quale sia lo scenario che preceda le esplosioni di supernova. A innescarle sarebbe una nana bianca, ovvero ciò che resta di una stella che possedeva una massa alcune volte quella del Sole, una volta che abbia accumulato una quantità di materia sufficiente a farla implodere, strappata a una stella che orbita con lei a formare un sistema binario.
Ma la supernova può accendersi anche quando due nane bianche vengano a collidere. A studiare questo scenario sono stati Barry McKernan e Saavik Ford, due ricercatori statunitensi della City University e dell’American Museum of Natural History di New York , che presentano in un lavoro pubblicato sulle Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i risultati ottenuti dal modello matematico da loro sviluppato per descrivere il fenomeno.
L’idea discussa dai ricercatori è che quando due nane bianche (oggetti molto densi che concentrano una massa comparabile a quella del Sole all’interno di un volume sferico delle dimensioni della Terra) sono in orbita una attorno all’altra, interagiscono gravitazionalmente e parte di questa energia viene dissipata sotto forma di onde gravitazionali. L’effetto più importante è quello di ridurre progressivamente la dimensione dell’orbita del sistema, un processo che gli addetti ai lavori chiamano inspiraling. Via via che cambia l’orbita, cambia anche la frequenza delle sollecitazioni gravitazionali che ciascuna stella di neutroni subisce. Può accadere che tale ritmo di deformazione arrivi a coincidere con la cosiddetta frequenza propria (o naturale) di oscillazione di uno dei due oggetti, innescando un fenomeno di risonanza. Un po’ quello che sperimentiamo quando spingiamo una persona che dondola su un’altalena, come sottolinea McKernan. “Nel nostro modello contempliamo un effetto simile, dove un blocco sulla frequenza induce una serie di salti rapidi nell’energia che viene depositata nelle nane bianche».
Dunque, se con questo meccanismo viene ad accumularsi abbastanza energia nella nana bianca in risonanza, essa potrebbe esplodere anche prima che venga in contatto con la compagna. Se ciò non dovesse avvenire, la risonanza fa sì che l’orbita del sistema si riduca più rapidamente di quanto previsto considerando solo il fenomeno di emissione di onde gravitazionali, così che l’impatto tra i due oggetti celesti avvenga più rapidamente di quanto previsto.
«ll lavoro di Ford e McKernan è piuttosto speculativo» commenta Massimo Della Valle, direttore dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, a Napoli «sebbene sia motivato da un problema concreto: spiegare l’esiguo numero di progenitori massicci di supernovae Ia, a fronte della relativamente alta frequenza di Supernovae-Ia osservata, nell’ambito del cosiddetto scenario “double degenerate” , ovvero la fusione di due nane bianche la cui somma delle masse eccede il limite di Chandrasekhar. Gli autori, invocano la possibilità che la dissipazione di energia gravitazionale, a causa di fenomeni di risonanza tra oscillazioni “proprie” delle nane bianche e il periodo orbitale, possano accelerare il processo di avvicinamento dei due corpi celesti se non addirittura provocarne l’esplosione prima della loro fusione. In questo secondo caso il meccanismo elaborato da Ford e McKernan estenderebbe la possibilità di esplodere come supernovae a sistemi di nane bianche di massa più piccola (esplosioni sub –Chandra) che sono presenti nell’Universo in numero maggiore rispetto ai sistemi binari di nane bianche di massa più grande. Il confronto con le osservazioni, tramite il follow-up spettroscopico delle supernovae scoperte dalle numerose survey e il calcolo dei loro “rates”, ci darà la misura di quanto il lavoro dei due colleghi americani sia rilevante per lo studio di questo particolare tipo di esplosioni stellari».
Per saperne di più:
- Leggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “On the resonant detonation of sub-Chandrasekhar mass white dwarfs during binary inspiral“, di Barry McKernan e Saavik Ford