Rappresentazione del sistema stellare CPD-29 2176, composto da una stella massiccia e da una stella di neutroni formata in seguito a un’insolita esplosione di supernova. Secondo i calcoli, ci sarebbero appena dieci sistemi stellari simili nella nostra galassia. Crediti: NoirLab/Nsf/Aura/J. da Silva/Spaceengine
Una stella massiccia osservata quasi nella stessa posizione di un’intensa emissione di raggi X; un’insolito sistema binario con orbite circolari; una stella di neutroni prodotta da una supernova esplosa “in sordina”. Sono queste le caratteristiche di un sistema stellare che oggi vale una pubblicazione su Nature, e che porta la firma di un gruppo di astronomi statunitensi.
Vediamo una cosa per volta. Il punto di partenza dello studio sono i dati catturati dal telescopio di 1.5 metri dell’Osservatorio Interamericano Cerro Tololo in Cile, che riguardavano una stella luminosa nota come stella di tipo Be (una stella massiccia che mostra, nel suo spettro, alcune righe di emissione dell’idrogeno appartenenti alla serie di Balmer). Stella che si trovava quasi nella stessa posizione, in cielo, di una sorgente che aveva prodotto un grande lampo di raggi X, osservato dal telescopio spaziale Chandra nell’ottobre del 2019. Quel lampo, noto come “soft gamma repeater”, aveva attirato l’attenzione degli astronomi, che hanno osservato nuovamente quella regione di cielo prendendone gli spettri. I nuovi dati riguardanti la stella Be, ripuliti dai contributi del disco di materia che circonda stelle come questa, hanno confermato la strana coincidenza. A rivelarla, in particolare, la presenza di una riga in emissione con una sola, possibile, interpretazione: un moto orbitale circolare della stella attorno a una compagna, ogni sessanta giorni.
Una vera stranezza, considerando che per sistemi binari formati da stelle massicce le orbite sono solitamente ellittiche. La risposta gli autori l’hanno cercata nei modelli fisici di formazione dei sistemi binari. Ne hanno trovati solo due, fra tutti quelli disponibili in letteratura – e, forse, nell’universo – che potessero andar bene. L’orbita circolare della binaria è stato un indizio chiave per caratterizzare la seconda stella del sistema binario: una supernova esaurita o “ultra-strippata”. Di solito, dopo che una stella consuma tutto il suo combustibile nucleare, il suo nucleo collassa prima di esplodere nello spazio come supernova, eiettando tutti gli strati esterni in una catastrofe astronomica. In questo caso, invece, la stella era così esaurita che l’esplosione non ha avuto nemmeno l’energia sufficiente per far assumere all’orbita la tipica forma ellittica che si osserva in binarie simili. In pratica, il sistema di stelle gemelle sembra essersi formato quando la supernova si è spenta senza il consueto botto, come un petardo difettoso.
Questa infografica mostra l’evoluzione del sistema stellare CPD-29 2176, il primo progenitore confermato di una kilonova. Fase 1: due massicce stelle blu si formano in un sistema stellare binario. Fase 2: la più grande delle due stelle si avvicina alla fine della sua vita. Fase 3: la più piccola delle due stelle assorbe materiale dalla sua compagna più grande e matura, privandola di gran parte della sua atmosfera esterna. Fase 4: la stella più grande forma una supernova “ultra-stripped”, l’esplosione di fine vita di una stella senza la “scalciata” che di solito affibbia una classica supernova. Fase 5: come osservato dagli astronomi, la stella di neutroni risultante dalla precedente supernova inizia a sottrarre materiale alla sua compagna, ribaltando dunque la situazione rispetto a prima. Fase 6: con la perdita di gran parte della sua atmosfera esterna, anche la stella compagna subisce diventa una supernova “ultra-stripped”. Questa fase avverrà tra circa un milione di anni. Fase 7: dove una volta c’erano due stelle massicce, rimane ora una coppia di stelle di neutroni in orbita stretta una attorno all’altra. Fase 8: le due stelle di neutroni si avvicinano spiraleggiando l’una verso l’altra, cedendo energia orbitale sotto forma di debole radiazione gravitazionale. Fase 9: la fase finale di questo sistema, quando entrambe le stelle di neutroni si fonderanno producendo una potente kilonova – la fabbrica cosmica di elementi pesanti nell’universo. Crediti:
Ctio/NoirLab/Nsf/Aura/P. Marenfeld
Ma cosa ha portato la progenitrice della supernova al prematuro esaurimento? Probabilmente, spiegano i ricercatori, il fatto che la stella abbia trasferito moltissima massa alla compagna (la stella Be), prima di trasformarsi in una stella di elio spogliata dei suoi strati esterni ed esplodere. L’esplosione ha lasciato dietro di sé una stella di neutroni, ma la stella aveva già trasferito così tanta massa alla stella Be che l’esplosione è stata poco brillante. Non solo: l’energia rilasciata dall’esplosione, non potendo contare sugli strati esterni della stella, non è stata in grado di dare la solita sferzata all’orbita per farla diventare ellittica. Secondo le previsioni (vedi infografica qui a lato), in futuro la stella Be diventerà anch’essa una supernova e poi una stella di neutroni, e il sistema finirà per essere un sistema binario con due stelle di neutroni.
Il nome del sistema binario è CPD-29 2176, e si stima che attualmente nella nostra galassia ce ne siano solo una decina di simili. Sistemi importantissimi, però, perché hanno molto da raccontare sulle origini del Sistema solare, della composizione della Terra e, quindi, di tutti gli organismi che la popolano.
«Quando osserviamo questi oggetti, guardiamo indietro nel tempo», spiega Clarissa Pavao, studentessa alla Embry-Riddle Aeronautical University’s Prescott, Arizona, e coautrice dello studio assieme al suo relatore, Noel D. Richardson, professore associato nella stessa università. Che aggiunge: «Senza sistemi binari come CPD-29 2176, la vita sulla Terra sarebbe molto diversa. È probabile che sistemi come questo si evolvano in stelle binarie di neutroni, che alla fine si fondono e formano elementi pesanti che vengono scagliati nell’universo. Questi stessi elementi pesanti sono quelli che ci permettono di vivere nel modo in cui viviamo. Per esempio, la maggior parte dell’oro è stata creata da stelle simili al relitto della supernova o alla stella di neutroni nel sistema binario che abbiamo studiato. L’astronomia approfondisce la nostra comprensione del mondo e del nostro posto in esso».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A high-mass X-ray binary descended from an ultra-stripped supernova“, di Noel D. Richardson, Clarissa M. Pavao, Jan J. Eldridge, Herbert Pablo, André-Nicolas Chené, Peter Wysocki, Douglas R. Gies, George Younes & Jeremy Hare
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