L’accrescimento è universale

Un gruppo internazionale di astronomi ha scoperto una correlazione tra il modo con cui le stelle giovani crescono e quello mediante il quale i buchi neri e altri oggetti esotici si alimentano dall’ambiente circostante. I risultati sono riportati su Science Advances.

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Supernovae con sorpresa

Gli astronomi hanno catturato per la prima volta le fasi iniziali della “agonia” di una supernova, trovando che le esplosioni stellari sono molto più variegate di quanto ipotizzato. I risultati sono pubblicati su Nature.

47 Tucanae, migrazioni stellari in corso

L’ammasso globulare 47 Tucanae. Credit: HST/ESA/NASA

Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale Hubble per studiare 3000 nane bianche che si trovano in una fase di migrazione verso le zone periferiche e meno popolate dell’ammasso stellare globulare NGC 104, meglio noto come 47 Tucanae. I risultati, che saranno pubblicati su Astrophysical Journal, sfidano le nostre idee su come e quando una stella inizia a perdere massa durante le fasi finali della sua evoluzione.

Dalle nane bianche probabili indizi sulla ‘relazione’ bosone di Higgs-gravità

La scoperta del bosone di Higgs ha rappresentato un importante passo in avanti verso la comprensione del meccanismo mediante il quale le particelle acquisiscono la propria massa (post). Ora, dal momento che la massa è determinante per la gravità, la particella di Higgs potrebbe rivelarci preziosi indizi sulla natura stessa dell’interazione gravitazionale. In tal senso, è stata avanzata una ipotesi secondo la quale il campo di Higgs potrebbe accoppiarsi con una specifica curvatura dello spaziotempo, uno scenario che è stato preso in considerazione in varie estensioni del modello standard.

NGC 2441, echi luce da SN 1995E?

La supernova SN 1995E osservata da Hubble nella galassia a spirale NGC 2441. Credit: NASA/ESA/HST

NGC 2441 è una galassia a spirale brillante che si trova nella costellazione della Giraffa a 180 milioni di anni-luce. In questa galassia, il telescopio spaziale Hubble ha osservato una supernova alquanto intrigante, SN 1995E, che è visibile come un puntino in uno dei bracci a spirale. 

Hubble ‘scova’ la supernova più distante

Nota con la sigla SN UDS10Wil, o SN Wilson in onore del 28° Presidente degli Stati Uniti Woodrow Wilson, si tratta di un oggetto appartenente ad una classe particolare di esplosioni stellari, denominate supernovae di tipo Ia, che gli astronomi utilizzano come ‘candele standard’ per determinare le distanze cosmiche e l’espansione dell’Universo.

“Questo nuovo record di distanza ci permette di esplorare l’Universo delle origini e ci fornisce nuovi indizi su come si formano queste supernovae”, spiega David O. Jones della Johns Hopkins University in Baltimora. “Inoltre, da queste esplosioni stellari molto antiche possiamo ricavare una serie di informazioni indirette per comprendere l’evoluzione dell’Universo”. Oggi, uno dei problemi non ancora risolti riguarda la formazione di questa classe di oggetti. La scoperta dà credito ad una delle due teorie che tentano di spiegare il meccanismo che causa l’esplosione della stella. Nonostante i risultati siano preliminari, i dati suggeriscono che la supernova si sia originata dalla fusione di due nane bianche, lo stadio finale dell’evoluzione di una stella come il Sole. Le osservazioni di questi oggetti estremamente remoti fanno parte di un progetto scientifico, noto come CANDELS+CLASH Supernova Project. Iniziato nel 2010, si tratta di un programma di osservazioni a medio termine che vedranno il telescopio spaziale Hubble impegnato per tre anni allo scopo di monitorare le supernovae di tipo Ia estremamente distanti con l’obiettivo di determinare una eventuale variazione delle loro proprietà fisiche nel corso del tempo cosmico. Finora, CANDELS+CLASH ha rivelato più di 100 supernovae di tutti i tipi che si sono formate tra 2,4 e 10 miliardi di anni fa. I ricercatori sono stati in grado di identificarne otto come SN Ia che sono esplose più di 9 miliardi di anni fa, inclusa la SN UDS10Wil che, sebbene sia leggermente più vecchia di quella che manteneva il record precedente e cioè 9 miliardi di anni, permette di arretrare ancora più indietro la sua datazione di circa 350 milioni di anni. La ricerca di supernovae ai confini dell’Universo apre un nuovo modo di misurare l’espansione dello spazio dovuta all’energia scura. I dati raccolti dai ricercatori indicano una diminuzione netta del tasso di formazione delle SN Ia tra 7,5 miliardi di anni e oltre 10 miliardi di anni. Ciò vuol dire che il meccanismo principale che dà luogo alla formazione di questi oggetti è proprio la fusione di due nane bianche. Infatti, nel caso di una singola nana bianca, cioè quando la stella collassata si trova in un sistema binario e cattura materia dalla stella compagna formando un disco di accrescimento che causa l’esplosione della stella nel momento in cui viene superato un certo limite di massa, il tasso delle supernovae può diventare relativamente alto poiché alcuni sistemi di questo tipo possono raggiungere il momento dell’esplosione più rapidamente. Tuttavia, l’analisi dei dati favorisce l’altro sistema binario, cioè le due nane bianche, poiché durante le epoche primordiali della storia cosmica la maggior parte delle stelle sono ancora troppo giovani per diventare SN Ia. Riuscire poi a comprendere che cosa determini la formazione delle supernovae Ia ci permetterà di avere ulteriori indizi su quei processi che arricchiscono rapidamente lo spazio di elementi pesanti, come ad esempio il ferro. Le SN Ia producono, di fatto, circa metà del ferro presente nell’Universo, un elemento base importante per la formazione dei pianeti e della stessa vita.

HST: Hubble breaks record for furthest supernova

arXiv: The Discovery of the Most Distant Known Type Ia Supernova at Redshift 1.914

SN Iax, una nuova classe di supernovae

È stato da sempre ritenuto che le supernovae si originano in due modi diversi. Oggi, però, un gruppo di astronomi hanno scoperto un nuovo tipo di supernova a cui è stata attribuita la sigla SN Iax.

Storicamente, le supernovae sono state suddivise in due grandi categorie: quelle che si originano in seguito al collasso gravitazionale e quelle di tipo Ia. Le esplosioni stellari causate dal collasso gravitazionale del nucleo riguardano oggetti che hanno masse comprese tra 10 e 100 masse solari. Le supernovae di tipo Ia sono invece la conseguenza della distruzione completa di una nana bianca. Questo nuovo tipo di supernovae, denominate con la sigla SN Iax, sono molto più deboli e meno energetiche delle SN Ia. Anche se entrambe si originano in seguito alle esplosioni delle nane bianche, le SN Iax possono non distruggere completamente la stella. In altre parole, si tratta di una sorta di “mini supernovae” che hanno luogo nei sistemi stellari più giovani. Analizzando tutta una serie di dati, i ricercatori hanno concluso che le SN Iax derivano da un sistema stellare binario che contiene una nana bianca e una stella compagna che ha perso il suo strato più esterno di idrogeno ed è rimasta con un nucleo dominato da elio. In questo modo, la nana bianca si rifornisce di elio dalla vicina stella compagna. Dobbiamo dire che gli scienziati non sono al momento sicuri su ciò che determina la formazione di una SN Iax. Ci sono due teorie. La prima si basa sulla possibilità che lo strato più esterno di elio bruci inizialmente causando la formazione di un’onda d’urto che si dirige verso la nana bianca. La seconda ipotesi vuole, invece, che la nana bianca bruci prima a causa dell’influenza della sfera di elio. In ogni caso, pare che la nana bianca sopravviva all’esplosione nella maggior parte dei casi, cosa che invece non accade per le SN Ia dove la nana bianca viene completamente distrutta. Gli astronomi calcolano che le SN Iax siano circa un terzo rispetto alle SN Ia. La ragione di questo è dovuta al fatto che di quelle poche che sono state rivelate le più deboli sono circa un centesimo meno brillanti delle SN Ia. Nel futuro si spera che la missione spaziale del Large Synoptic Survey Telescope possa rivelare migliaia di SN Iax in modo da ottenere maggiori indizi su questa nuova classe di esplosioni stellari.

Carnegie Institution for Science: Astronomers Discover New Kind of Supernova

arXiv: Type Iax Supernovae: A New Class of Stellar Explosion

Dalle stelle ‘morenti’ probabili indizi sulla vita extraterrestre

È quanto emerge da uno studio recente in base al quale anche le stelle che si trovano nella fase finale della loro evoluzione potrebbero ancora ospitare dei pianeti sui quali la vita, se esiste, dovrebbe essere rivelata con le future osservazioni spaziali entro i prossimi dieci anni. Queste considerazioni incoraggianti derivano da una serie di studi sui pianeti di tipo terrestre che orbitano attorno alle nane bianche. I ricercatori hanno concluso che si potrebbe rivelare l’ossigeno presente nelle atmosfere planetarie molto più facilmente rispetto al caso dei pianeti che orbitano, invece, attorno alle stelle di tipo solare.

“Nella ricerca di segnali biologici di tipo extraterrestre, le prime stelle che dovremmo studiare sono le nane bianche”, spiega Avi Loeb del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e direttore dell’Institute for Theory and Computation. Quando una stella come il Sole termina il suo ciclo vitale, spazza nel mezzo interstellare i suoi strati più esterni lasciandosi dietro un nucleo denso, caldo e collassato che viene chiamato nana bianca. Queste stelle morenti hanno le dimensioni della Terra. La stella si raffredda lentamente e si indebolisce nel corso tempo anche se può trattenere ancora a lungo del calore residuo per riscaldare, per così dire, un pianeta vicino anche per miliardi di anni. Dato che una nana bianca è molto più piccola e più debole del Sole, un pianeta dovrebbe trovarsi molto vicino alla stella affinchè l’acqua si trovi sulla superficie allo stato liquido e perciò il pianeta sia abitabile. Inoltre, questo pianeta dovrebbe orbitare attorno alla stella una volta ogni 10 ore e trovarsi ad una distanza di circa 1,5 milioni di chilometri. Prima che la stella diventi una nana bianca, essa passa attraverso la fase di gigante rossa inglobando e distruggendo qualsiasi pianeta che si trovi vicino al suo raggio d’azione. Di conseguenza, un pianeta potrebbe arrivare nella zona abitabile (post) dopo che la stella sia evoluta nella fase di nana bianca. Questo pianeta potrebbe comunque formarsi nuovamente dall’accrescimento di polveri e gas, cioè sarebbe un pianeta di ‘seconda generazione’, oppure potrebbe migrare verso l’interno dalle regioni più distanti. Insomma, se esistono pianeti nella zona abitabile delle nane bianche dovremmo prima o poi trovarli. L’abbondanza di elementi pesanti sulla superficie delle nane bianche implica che una frazione significativa di queste stelle collassate possiede pianeti rocciosi. Loeb e il suo collega Dan Maoz dell’Università di Tel Aviv stimano che una survey delle 500 nane bianche più vicine potrebbe darci alcuni indizi sulla presenza di una o più terre abitabili. Il miglior metodo per rivelare questi pianeti consiste nella ricerca del transito quando la luce di una stella si indebolisce nel momento in cui un pianeta passa davanti al disco stellare. Dato che una nana bianca ha circa le dimensioni della Terra, un pianeta di tipo terrestre dovrebbe bloccare una maggiore frazione di luce e produrre così un segnale caratteristico della sua presenza. Ancora più importante è il fatto che gli astronomi sono in grado di studiare le atmosfere dei pianeti che transitano davanti al disco della propria stella. Quando la luce della nana bianca brilla attraverso l’anello di luce che circonda il disco planetario, l’atmosfera assorbe parte della radiazione. Durante questo momento della fase del transito si producono delle ‘impronte chimiche’ da cui è possibile capire se l’atmosfera contiene vapore acqueo o addirittura ‘segni di vita’ dati dalla presenza di ossigeno. Sulla Terra, l’atmosfera viene continuamente rifornita di ossigeno attraverso la fotosintesi dovuta alle piante. Se un giorno tutte le forme di vita cessassero di esistere sulla Terra, la nostra atmosfera diventerebbe rapidamente priva di ossigeno che si dissolverebbe negli oceani e ossiderebbe la superficie terrestre. Il telescopio spaziale James Webb (JWST), che sarà lanciato in orbita entro la fine di questo decennio, promette di essere un buon strumento per rivelare la presenza di gas nelle atmosfere di questi mondi alieni. Loeb e Maoz hanno simulato uno spettro sintetico sulla base di ciò che JWST potrebbe vedere analizzando l’atmosfera di un pianeta extrasolare che orbita attorno ad una nana bianca. I dati suggeriscono che sia l’ossigeno che il vapore acqueo potrebbero essere rivelati con sole poche ore di osservazione. Ma un altro studio recente mostra che il pianeta abitabile più vicino è molto probabile che si trovi ad orbitare attorno ad una nana rossa. Infatti, secondo Courtney Dressing e David Charbonneau del Dipartimento di Astronomia di Harvard dato che la nana rossa, nonostante sia più piccola e più debole del Sole, è molto più brillante e più grande di una nana bianca, il suo alone di luce potrebbe sovrastare il debole segnale dell’atmosfera di un pianeta che orbita attorno alla stella. Il telescopio spaziale JWST sarebbe perciò costretto ad osservare centinaia di ore di transito e sperare di catturare la composizione chimica dell’atmosfera planetaria. Comunque sia, Loeb rimane convinto che il pianeta più vicino e per il quale possiamo essere in grado di verificare l’esistenza di vita si troverà attorno ad una nana bianca.

Harvard University: Future Evidence for Extraterrestrial Life Might Come from Dying Stars

arXiv: Detecting bio-markers in habitable-zone earths transiting white dwarfs

Un sistema binario ‘originale’ composto da due nane bianche

In questa rappresentazione artistica del sistema binario NLTT 11748 la stella più grande, ma meno massiccia e composta da elio, è parzialmente eclissata dalla compagna più piccola ma più massiccia avente le dimensioni della Terra.
Credit: Steve Howell/Pete Marenfeld/NOAO

Un gruppo di astrofisici dell’Università della California a Santa Barbara hanno identificato per la prima volta un sistema stellare binario composta da due nane bianche ottenendo misure dirette del raggio di una componente che è formata da elio puro.

NLTT 11748 è una stella di piccola massa, caratterizzata da un nucleo di elio ed è seguita attentamente grazie alle sue variazioni di luminosità. Le nane bianche sono i residui estremamente densi di stelle come il Sole e hanno dimensioni confrontabili con quelle dellaTerra. Una stella diventa nana bianca quando esaurisce il suo combustibile nucleare e tutto ciò che rimane è il suo nucleo più interno, tipicamente formato da carbonio e ossigeno. Una delle stelle di questo sistema binario è caratterizzata da un raro nucleo di elio e ha una massa pari a circa il 10%-20% rispetto a quella del Sole. L’esistenza di queste stelle speciali è nota da più di 20 anni. Gli studi teorici prevedono che queste stelle brucino il proprio combustibile ad elevata temperatura e sono più grandi delle dimensioni tipiche di una nana bianca. Fino ad oggi le loro dimensioni non sono state mai misurate e NLTT 11748 è il primo esempio in cui è stato possibile ottenere misure dirette del raggio confermando le previsioni teoriche. L’altra compagna è una nana bianca ‘normale’, composta principalmente da carbonio e ossigeno e la cui massa è pari al 70% la massa del Sole. Questa componente è più massiccia e molto più piccola dell’altra compagna. La luce che essa emette è circa 30 volte più debole della sua compagna.

arXiv: DISCOVERY OF THE ECLIPSING DETACHED DOUBLE WHITE DWARF BINARY NLTT 11748

Nuovi indizi sull’origine dei ‘calibratori’ di distanze cosmologiche

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il Large Binocular Telescope (LBT), il più grande telescopio terrestre che opera nella banda ottica, è stato possibile rivelare nuovi indizi sulle probabili origini delle supernovae particolarmente brillanti che vengono utilizzate dagli astronomi come calibratori di distanze cosmiche per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

Nel loro recente articolo, i ricercatori hanno pubblicato i risultati delle osservazioni relativi alla recente supernova 2011fe i cui dati sono stati raccolti grazie allo strumento Multi-Object Double Spectrograph (MODS) della Ohio State University che misura la frequenza e l’intensità della luce emessa da una stella in funzione della sua composizione chimica. Analizzando la luce della SN 2011fe, un tipo di supernova di tipo Ia, gli astronomi hanno concluso che questi oggetti si originano in seguito all’interazione di una coppia di stelle collassate, note come nane bianche. In pratica, una delle due nane bianche orbita attorno all’altra trasferendo ad essa materia. Il processo continua finchè la stella diventa instabile e alla fine esplode emettendo una quantità di energia pari ad almeno 5 miliardi di volte superiore a quella emessa dal Sole.

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[Press release: Astronomers Pin Down Origins of “Mile Markers” for Expansion of Universe]

arXiv: No Stripped Hydrogen in the Nebular Spectra of Nearby Type Ia Supernova 2011fe