L’esplosione nucleare dello strato di elio superficiale ha innescato un’onda d’urto verso l’interno provocando la fusione nucleare di carbonio al centro. Crediti: Institute of Astronomy, University of Tokyo
Anche le piccole stelle come le nane bianche possono esplodere, generando quel fenomeno pirotecnico conosciuto come supernova. In particolare, questo può accadere se la nana bianca fa parte di un sistema binario (quindi due stelle che orbitano l’una accanto all’altra): la nana bianca risucchia materia dalla stella compagna aumentando la propria massa fino al punto di esplodere in una supernova di tipo Ia. Ma cosa porta realmente alla detonazione? È ancora parzialmente un mistero, ma un gruppo di ricercatori guidati dal giapponese Ji-an Jiang, dell’Università di Tokyo, ha sfruttato il telescopio Subaru per scoprire che l’esplosione potrebbe essere causata dalla detonazione dello strato superficiale di elio della nana bianca. L’accensione dell’elio innescherebbe una violenta reazione a catena, conducendo all’esplosione dell’intera stella.
«L’elio è un elemento che detona facilmente ad alte densità», spiega a Media Inaf Paolo Mazzali (Liverpool John Moores Univ e Max-Planck Garching), uno degli autori dello studio pubblicato oggi su Nature. «Quindi è possibile che uno strato esterno di elio inneschi una detonazione superficiale, che si potrebbe propagare intorno alla nana bianca, convergere nel punto diametralmente opposto a dove è iniziata, e da lì far partire uno shock che si propaga verso il centro della stella e inducendo l’esplosione degli strati interni (di carbonio e ossigeno), che richiedono alte temperature per esplodere. In questo tipo di scenario, normalmente la stella che esplode ha massa inferiore a quella di Chandrasekhar, ma potrebbe anche avere, in un caso limite, massa pari a 1,4 masse solari. Da notare che non è lo scenario ritenuto più comune».
Si tratta di eventi dalla luminosità estremamente elevata, 5 miliardi di volte più luminosi del Sole, e che si verificano abbastanza raramente, in media una volta ogni 100 anni, in galassie fuori dalla nostra Via Lattea. Per avere più possibilità di trovare una supernova di tipo Ia nelle primissime fasi, il team ha utilizzato l’Hyper Suprime-Cam montata sul telescopio Subaru, che può catturare un’area ultra-ampia di cielo. I ricercatori hanno anche sviluppato un sistema computerizzato per rilevare automaticamente le supernovae nel mare magnum dei dati raccolti dal telescopio, il che ha permesso di effettuare scoperte in tempo reale.
L’immagine è stata scattata con la Hyper Suprime-Cam montata sul telescopio Subaru. Crediti: University of Tokyo / NAOJ
Mazzali ha descritto in dettaglio a Media Inaf cosa accade in questa particolare esplosione di supernova: «In questo caso parliamo dell’esplosione termonucleare di una nana bianca composta di carbonio (C) e ossigeno (O). Innescate dall’alta densità ed elevate temperature, 12C e 16O si combinano velocemente in 28Si (silicio), e due atomi di silicio formano 56Ni (nichel), che è uno dei nuclei con legame più stretto. Queste reazioni implicano la perdita di un po’ di massa atomica, e quindi liberano energia (E=mc^2). Questa energia porta all’esplosione della stella, se si produce abbastanza silicio e nichel. Non si riesce ad estrarre energia aggiungendo altri nucleoni, ma il 56Ni è radioattivo, decade (inverse beta decay) in 56Co (isotopo di cobalto) e poi in 56Fe (isotopo del ferro), che è stabile. I decadimenti liberano raggi gamma e positroni, che rendono la supernova luminosa».
Utilizzando la combo Subaru/Hyper Suprime-Cam, i ricercatori hanno scoperto più di cento candidati di supernova in una sola notte , tra cui diverse supernove che erano esplose solo pochi giorni prima. In particolare, hanno catturato una particolare supernova di tipo Ia a un giorno dall’esplosione. La sua luminosità e la variazione di colore nel tempo sono diverse da qualsiasi supernova di tipo Ia scoperta in precedenza. Dalle simulazioni, effettuate con il supercomputer Aterui, l’oggetto potesse essere il risultato della detonazione dell’elio sulla superficie di una nana bianca.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A hybrid type Ia supernova with an early flash triggered by helium-shell detonation”, di Ji-an Jiang, Mamoru Doi, Keiichi Maeda, Toshikazu Shigeyama, Ken’ichi Nomoto, Naoki Yasuda, Saurabh W. Jha, Masaomi Tanaka, Tomoki Morokuma, Nozomu Tominaga, Željko Ivezić, Pilar Ruiz-Lapuente, Maximilian D. Stritzinger, Paolo A. Mazzali, Christopher Ashall, Jeremy Mould, Dietrich Baade, Nao Suzuki, Andrew J. Connolly, Ferdinando Patat, Lifan Wang, Peter Yoachim, David Jones, Hisanori Furusawa e Satoshi Miyazaki