Impressione artistica del sistema binario Vtfs 243. Crediti: Esol. Calçada
Un giorno, tra presumibilmente quattro miliardi e mezzo di anni (sì, potete ancora dormire sonni tranquilli), la stella al centro del Sistema solare, il Sole, comincerà a espandersi fino a inglobare la Terra. Successivamente, diventerà sempre più instabile fino a collassare in un oggetto piccolo e denso, noto come nana bianca. Ma se il Sole avesse una massa circa otto volte superiore, la sua morte sarebbe molto meno discreta: prima di finire i suoi giorni come stella di neutroni o buco nero, farebbe un gran “botto”, quello che gli astronomi chiamano supernova. Ecco, sebbene sia questa l’evoluzione stellare che studiamo sui libri di scuola, resta ancora molto da capire sul cielo stellato e in particolare sulla morte più o meno spettacolare delle stelle massicce.
Una nuova ricerca condotta dagli astrofisici del Niels Bohr Institute dell’Università di Copenaghen pubblicata su Physical Review Letters presenta prove convincenti che in realtà è possibile per certe stelle molto massicce morire “con discrezione”. La loro indagine suggerisce infatti che, con una massa sufficiente, l’attrazione gravitazionale di una stella può essere così forte da non provocare alcuna esplosione al momento della sua morte. Al contrario, la stella può subire il cosiddetto collasso completo.
Il motivo di questa indagine risiede nella constatazione che a oggi, più volte, è stato riscontrato il fenomeno della cosiddetta scomparsa delle stelle. Il progetto “A Survey about Nothing”, guidato dall’astrofisico Chris Kochanek, è un esempio degli sforzi che si stanno facendo per indagare le stelle che scompaiono e trovare le spiegazioni per la loro scomparsa. In questo contesto, la scoperta degli autori fornisce un chiaro esempio e una spiegazione scientifica plausibile di fenomeni di questo tipo.
Oggetto dello studio è la recente osservazione di un insolito sistema stellare binario ai margini della nostra galassia, chiamato Vfts 243, nel quale una stella massiccia e un buco nero nove volte più massiccio del Sole, orbitano l’una intorno all’altro. «Se si osservasse una stella che subisce un collasso totale, al momento giusto sarebbe come osservare una stella che si spegne improvvisamente e scompare dal cielo. Il collasso è così completo che non si verifica alcuna esplosione, nulla fuoriesce e non si vedrebbe alcuna supernova luminosa nel cielo notturno. Negli ultimi tempi gli astronomi hanno osservato l’improvvisa scomparsa di stelle molto luminose. Non possiamo essere certi di un collegamento, ma i risultati ottenuti analizzando Vfts 243 ci hanno portato molto più vicino a una spiegazione plausibile», afferma Alejandro Vigna-Gómez, primo autore dello studio.
Il telescopio spaziale James Webb rivela i dettagli della struttura e della composizione della Nebulosa Tarantola, dove si trova il sistema binario Vfts 243, oltre a decine di galassie sullo sfondo. La nursery stellare 30 Doradus prende il soprannome di Nebulosa Tarantola per via dei suoi lunghi filamenti polverosi. Situata nella Grande Nube di Magellano, è la più grande e luminosa regione di formazione stellare vicina alla nostra galassia e ospita le stelle più calde e massicce conosciute. Crediti: Nasa, Esa, Csa, StScI, Webb Ero Production Team
Da decenni gli scienziati conoscono l’esistenza di sistemi stellari binari di questo tipo nella Via Lattea, in cui una delle stelle è diventata un buco nero. Ma la recente scoperta di Vfts 243, appena fuori dalla Via Lattea, nella Grande Nube di Magellano, è qualcosa di veramente speciale. «Normalmente, gli eventi di supernova nei sistemi stellari possono essere misurati in vari modi dopo che si sono verificati. Ma nonostante Vfts 243 contenga una stella che è collassata in un buco nero, le tracce di un’esplosione non si trovano da nessuna parte. Vfts 243 è un sistema straordinario. L’orbita del sistema è cambiata a malapena dal collasso della stella in un buco nero», spiega Vigna-Gómez.
I ricercatori hanno analizzato i dati osservativi alla ricerca di una serie di indicazioni che ci si aspetterebbe da un sistema stellare che in passato ha subito un’esplosione di supernova, non trovando prove convincenti in tal senso. Ad esempio, il sistema non mostra segni di un’accelerazione degli oggetti orbitanti che ci si aspetterebbe in seguito all’esplosione di una supernova. Inoltre è molto simmetrico, caratterizzato da un’orbita quasi perfettamente circolare, e le tracce di un rilascio di energia avvenuto durante il collasso del nucleo dell’ex stella indicano un tipo di energia coerente con il collasso completo.
Le loro stime sono coerenti con uno scenario in cui la spinta più piccola impartita durante il collasso stellare non è dovuta alla materia barionica, che comprende neutroni e protoni, bensì ai neutrini. Questa è un’altra indicazione che il sistema non ha subito un’esplosione. «La nostra analisi indica inequivocabilmente che il buco nero in Vfts 243 si è molto probabilmente formato immediatamente, con l’energia persa principalmente attraverso i neutrini», afferma Irene Tamborra del Niels Bohr Institute.
Secondo Tamborra, il sistema Vfts 243 permette di confrontare una serie di teorie astrofisiche e di calcoli di modelli con osservazioni reali. «I nostri risultati evidenziano che Vfts 243 è il miglior caso osservabile finora per la teoria dei buchi neri stellari formati attraverso il collasso totale, dove l’esplosione di supernova fallisce, e che i nostri modelli hanno dimostrato essere possibile. Si tratta di un’importante verifica della realtà per questi modelli. E ci aspettiamo certamente che il sistema serva come punto di riferimento cruciale per le future ricerche sull’evoluzione e il collasso stellare», conclude Tamborra.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Constraints on Neutrino Natal Kicks from Black-Hole Binary VFTS 243” di Alejandro Vigna-Gómez, Reinhold Willcox, Irene Tamborra, Ilya Mandel, Mathieu Renzo, Tom Wagg, Hans-Thomas Janka, Daniel Kresse, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar e Thomas M. Tauris