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L’enigmatica evoluzione delle stelle di tipo solare

Alcune osservazioni eseguite con il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO infittiscono un mistero che da lungo tempo riguarda le stelle simili al Sole. Infatti, un gruppo di ricercatori ha misurato variazioni di luminosità insolite, su tempi scala dell’ordine di un anno, su circa il 30% di stelle tipo Sole osservate nelle ultime fasi del loro ciclo di evoluzione stellare.

Gli astrofisici brancolano nel buio ancora una volta e tutto questo non è divertente” dice Christine Nicholls del Mount Stromlo Observatory, in Australia. “Le nostre spiegazioni sul comportamento insolito osservato su una classe di stelle simili al Sole non sono sufficienti a spiegare i dati osservati“. Questo mistero risale agli anni ’30 e riguarda un insieme di stelle della classe solare che sono state osservate sia nella Via Lattea che in altre galassie. Tutte le stelle aventi una massa paragonabile a quella del Sole diventano, verso le loro fasi finali, rosse, fredde ed estremamente grandi, poco prima cioè di “andare in pensione” come stelle nane bianche. Note anche come giganti rosse, queste stelle invecchiate mostrano variazioni di luminosità periodiche ed estremamente significative su tempi scala dell’ordine di qualche anno. “E’ molto probabile che queste variazioni di luminosità siano associate ad un fenomeno noto come pulsazione stellare” dice ancora Nicholls. “In altre parole, le giganti rosse pulsano, diventando brillanti e deboli con un andamento abbastanza regolare. Tuttavia, circa un terzo di questa classe di stelle mostrano una variazione periodica in più su tempi scala più lunghi, fino a cinque anni“. Per cercare di capire questa componente aggiuntiva, gli astrofisici hanno monitorato 58 stelle nei dintorni della Grande Nube di Magellano, per circa due anni e mezzo. Le osservazioni raccolte sono incompatibili con tutti i precedenti modelli e riaprono un caso. “Forse la spiegazione alla componente aggiuntiva relativa alla variazione di luminosità potrebbe essere dovuta al fatto che la stessa stella migra, per così dire, verso un sistema binario“, dice Peter Wood, “ma i nostri dati sono inconsistenti con questa ipotesi“. Il gruppo di ricercatori ha inoltre scoperto che oltre alle variazioni insolite di luminosità, le giganti rosse espellono massa o sottoforma di brillamenti o sotto forma di un disco in espansione. “Insomma, pare proprio che occorra Scherlock Holmes per risolvere questo mistero astrofisico” conclude Nicholls.

Il modello della ‘vedova bianca’ per spiegare la formazione delle supernovae di tipo Ia

In uno studio recente l’astrofisico J. Craig Wheeler, esperto di esplosioni stellari, ha presentato una nuova idea che permetterebbe di identificare il progenitore di una classe importante di supernovae che sono state utilizzate come “candele standard” di luminosità per scoprire l’espansione accelerata dell’Universo.

Secondo Wheeler, il progenitore di una supernova di tipo Ia potrebbe essere associato ad un sistema binario composto da una stella nana bianca e da una stella più piccola chiamata nana di tipo spettrale M. Esistono due modelli che tentano di spiegare l’origine di questa particolare classe di supernovae. Uno è chiamato “modello a singola stella degenerata” dove il sistema binario è composto da una stella degenerata, cioè una stella ormai morta, una nana bianca, che ha come compagna una stella giovane. Nel corso del tempo, la nana bianca attrae il gas dalle regioni più esterne della stella compagna finchè essa raggiunge un limite di massa da diventare così densa al punto da innescare una immane esplosione termonucleare. L’altro modello, denominato “modello a sistema binario degenerato”, è composto da due nane bianche che si muovono in  orbita l’una attorno all’altra spiraleggiando finchè arrivano alla collisione e creano la supernova di tipo Ia. Ma c’è un problema: secondo Wheeler, i dati osservativi non supportano questi due modelli. Negli ultimi anni, i telescopi hanno permesso di restringere tutte le possibilità per costruire un modello evolutivo che descriva la curva di luce o lo spettro di una supernova di tipo Ia e capire che tipo di stella compagna possa far parte del sistema binario. Oggi sembra che il modello a singola stella degenere possa darci la risposta se consideriamo che la coppia stellare sia formata oltre che dalla nana bianca anche da una nana di tipo M, due classi di stelle tra le più comuni presenti nella Galassia. Dunque esistono tanti sistemi binari di questo tipo ma se da esse si originano le supernovae di tipo Ia, questo è da dimostrare. Ad ogni modo, questo nuovo scenario che Wheeler chiama “il sistema binario della vedova bianca” si differenzia da quello denominato “sistema binario della vedova nera” dove una stella di neutroni ‘divora’ la sua compagna. Nel nostro caso, il predatore è una nana bianca. Tra i tanti motivi che vanno a favore della nana M, abbiamo il fatto che queste stelle sono deboli, rosse, piccole e soprattutto sono magnetiche. “Le nane M emettono flare e presentano tutta una serie di fenomeni estremi” spiega Wheeler. Ora, se in un sistema binario formato da una nana bianca e da una nana M consideriamo i campi magnetici, i loro poli opposti si dovrebbero attrarre al punto da formare un sistema legato magneticamente in cui le due stelle orbitano mostrandosi sempre la stessa faccia e con i poli magnetici che puntano direttamente uno verso l’altro. In questo modo, la nana bianca attira ancora la materia dalla nana M anche se il materiale andrebbe a cadere su una singola regione della nana bianca rivolta verso la nana M, irradiando e attraendo sempre più massa, consumando sempre più la nana M al punto da provocare una eventuale esplosione stellare.

arXiv: White Dwarf/M Dwarf Binaries as Single Degenerate Progenitors of Type Ia Supernovae


J. Craig Wheeler (2012). White Dwarf/M Dwarf Binaries as Single Degenerate Progenitors of Type Ia
Supernovae Astrophysical Journal arXiv: 1209.1021v2

ResearchBlogging.org

An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)

The 9th INTEGRAL workshop “An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)” will take place from 15 to 19 October 2012 in Paris, Bibliothèque Nationale de France (Bibliothèque François Mitterrand). The workshop will be sponsored by ESA, CNES and other French and European Institutions. During this week, and in particular on 17 October 2012, we will celebrate the 10th anniversary of the launch of the INTEGRAL mission. 

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Una grande quantità di materia scura in prossimità del Sole

La figura mostra la simulazione della Via Lattea ad alta risoluzione, realizzata al fine di studiare la distribuzione della massa.
Credit: Dr A. Hobbs

Un gruppo di astronomi delle Università di Zurigo, dell’Università di Leicester e del National Astronomical Observatories presso la Chinese Academy of Sciences di Pechino, hanno pubblicato i dati di una serie di osservazioni condotte nelle immediate vicinanze del Sole trovando una elevata distribuzione di materia scura. I risultati sono consistenti con l’ipotesi in base alla quale la Via Lattea è circondata da un massiccio alone di materia scura. Dobbiamo, però, sottolineare il fatto che il loro studio è il primo nel suo genere ad utilizzare un metodo che è stato verificato in maniera rigorosa su un insieme di dati ottenuti da simulazioni molto accurate. Ma il risultato più sorprendente è che i ricercatori avrebbero identificato una ‘nuova componente’ di materia scura presente nella nostra galassia.

Nonostante gli astronomi sono stati in grado di ricostruire mappe della distribuzione di materia scura nell’Universo, la sua presenza nelle immediate vicinanze del Sistema Solare è rimasta sempre enigmatica. Dopo decenni di osservazioni effettuate da Oort, misure più recenti hanno permesso di determinare una quantità di materia scura circa 3-6 volte maggiore di quanto ipotizzato mentre l’anno scorso altre misure hanno riportato, invece, una quantità inferiore rispetto a quanto ci si aspettava. Insomma, la comunità scientifica si è trovata in una situazione imbarazzante dato che si riteneva che queste discrepanze fossero dovute tipicamente alla sensibilità degli strumenti di misura e di analisi dei dati. Oggi, gli autori della recente ricerca sono molto più confidenti e meno incerti sull’attendibilità dei loro dati poichè essi si sono basati su tecniche più moderne che permettono di simulare la distribuzione di massa presente nella Via Lattea. Questo approccio ha portato ad una serie di sorprese, prima fra tutte quella che ha permesso ai ricercatori di scoprire che le tecniche utilizzate circa 20 anni fa tendevano a sottostimare la quantità di materia scura. Dunque, applicando le dovute correzioni e tenendo conto delle posizioni e delle velocità di migliaia di stelle nane bianche di tipo spettrale K, che sono distribuite nelle vicinanze del Sistema Solare, gli astronomi sono stati in grado di ottenere misure più accurate della densità locale di materia scura. “Siamo certi al 99% che esiste materia scura in prossimità del Sole”, dichiara Silvia Garbari. “Abbiamo trovato più materia scura di quanto ci aspettavamo e se i nostri dati saranno confermati la scoperta potrebbe avere delle implicazioni importanti perchè questo vorrebbe dire che o abbiamo davanti la prima evidenza di un ‘disco’ di materia scura nella Via Lattea o che l’alone di materia scura è stato in qualche modo ‘schiacciato’ causando un incremento di densità di materia scura”. Dunque, occorreranno misure sempre più accurate per determinare in maniera accurata la densità locale di materia scura. “Se la materia scura è composta di particelle elementari, allora miliardi di queste particelle stanno attraversando il Vostro corpo mentre leggete questo articolo”, spiega il professor George Lake. “I fisici sperimentali sperano di catturare almeno qualche particella negli esperimenti come XENON e CDMS che sono attualmente operativi”.Conoscere, quindi, le proprietà locali della materia scura rappresenta la chiave per capire di che cosa consistono queste eventuali particelle.

ArXiv: A new determination of the local dark matter density from the kinematics of K dwarfs

EUROWD12: 18th European White Dwarf Workshop

The European White Dwarf Workshops are held every two years. The topics to be discussed at the workshop will include: White Dwarf structure and evolution; Progenitors and central stars of planetary nebulae; Binaries: White Dwarfs in CVs, double degenerates; White Dwarf – Brown Dwarf systems; White Dwarf dust disks and planetary systems; Atmospheres, chemical composition, magnetic fields; Pulsating White Dwarfs; White Dwarfs in stellar clusters and in the halo;White Dwarfs as SN Ia progenitors.

Il ‘risveglio’ di un buco nero dormiente

Illustrazione dell’oggetto Swift J1644+57.
Credit: NASA/Swift

L’anno scorso, un gruppo di astronomi identificarono in una galassia distante un buco nero quiescente che mostrava una particolare attività in seguito all’interazione gravitazionale dovuta ad una stella che passava nelle sue immediate vicinanze. Oggi, i ricercatori hanno registrato un segnale caratteristico, nella banda dei raggi-X, che è stato monitorato nei giorni a seguire l’intensa emissione di radiazione causata dalla materia che sta cadendo verso il buco nero.

Questo ‘segnale di coda’, chiamato oscillazione quasi-periodica (QPO), è una caratteristica dei dischi di accrescimento che di solito circondano gli oggetti più densi e più compatti dell’Universo: nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri. I segnali QPO sono stati osservati in molti buchi neri di massa stellare e ci sono chiare evidenze che essi sono associati anche a buchi neri che hanno masse comprese tra 100 e 100 mila volte la massa del Sole. Fino a questa scoperta, i QPO sono stati rivelati solo da un buco nero supermassiccio, cioè il caso più estremo che può contenere alcune milioni di volte la massa solare, che sono situato tipicamente nel nucleo delle galassie. Questo oggetto è noto con la sigla REJ 1034+396 e si tratta di una galassia di Seyfert che si trova alla distanza, relativamente vicina, di 576 milioni di anni-luce. “Questa scoperta ci permette di avere maggiori indizi sulle regioni più vicine al buco nero distante alcuni miliardi di anni-luce, un fatto decisamente entusiasmante. Inoltre, i dati ci aiutano a verificare la relatività generale ad una epoca in cui l’Universo appariva in maniera diversa rispetto a oggi” spiega Rubens Reis dell’University of Michigan in Ann Arbor. La sorgente di raggi-X, denominata Swift J1644+57 e che si trova nella costellazione del Dragone, è stata identificata nel mese di Marzo del 2011 dal satellite Swift in una galassia distante quasi 4 miliardi di anni-luce. Inizialmente si era pensato si trattasse di un comune gamma-ray burst (GRB) ma poi il suo graduale indebolimento non assomigliava a nessun evento visto prima. Gli astronomi furono subito consapevoli che ciò che stavano osservando non era altro che la parte finale di un evento straordinario, il ‘risveglio’ di un buco nero dormiente.


[Press release: ‘Cry’ of a Shredded Star Heralds a New Era for Testing Relativity]

Migliaia di ‘bombe ad orologeria’ nella Via Lattea

Alcune recenti osservazioni suggeriscono che stelle vecchie, note come nane bianche, potrebbero mantenersi in vita grazie alla loro rapida rotazione che nel momento in cui comincia a rallentare porta all’esplosione della stella formando una supernova di tipo Ia. Secondo questo studio, condotto da Rosanne Di Stefano dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), la ‘cattiva’ notizia è che la nostra galassia conterrebbe migliaia di questi oggetti densi e collassati pronti ad esplodere e a distruggere eventuali pianeti in orbita attorno a queste stelle come è mostrato dall’illustrazione artistica della figura eseguita da David A. Aguilar.

ArXiv: Spin-Up/Spin-Down models for Type Ia Supernovae

SN 2007bi, una supernova super brillante

La scoperta di una supernova estremamente brillante, incredibilmente duratura, denominata SN 2007bi, sembra essere il primo esempio di stelle super massive che sono inizialmente comparse nell’Universo. La supernova è stata osservata in una galassia nana vicina, cioè una fra tante galassie comuni che sono state studiate poco finora. La scoperta è stata fatta agli inizi del 2007 dal gruppo internazionale Nearby Supernova Factory (SNfactory). Lo spettro era insolito e l’analisi dei dati indicava che la stella precursore dell’evento doveva trattarsi di unagigante avente una massa pari a 200 volte la massa solare e contenente pochi elementi, a parte l’idrogeno e l’elio, insomma una stella decisamente primordiale.

Si è trattato dell’esplosione di una stella super massiccia“, spiega Alex Filippenko del Dipartimento di Astronomia dell’Università della California, a Berkeley, “ma anziché diventare un buco nero il suo nucleo è esploso formando la supernova. Questo comportamento è stato previsto dai teorici molti anni fa ma non era stato osservato in modo convincente fino ad ora“. Il gruppo SNfactory studia principalmente le supernovae di tipo Ia, ossia le famose “candele standard” che vengono utilizzate per lo studio dell’espansione cosmica. Ma SN 2007bi non rientra in questa classe dato che la sua luminosità è almeno 10 volte più brillante. “Il collasso nucleare di questa supernova ricorda quello che caratterizza le nane bianche che formano le supernovae di tipo Ia“, spiega ancora Filippenko, “ma su larga scala e con una potenza estremamente più elevata. In pratica, la parte centrale dell’enorme stella era giunta al ciclo di fusione dell’ossigeno ed era molto calda. A questo punto, il nucleo comincia a collassare e produce una grande quantità di nickel radioattivo il cui successivo decadimento fa brillare il gas spazzato nel mezzo interstellare e mantiene la supernova visibile per lungo tempo“. Stiamo avendo a che fare con un nuovo tipo di esplosioni stellari? Bisogna dire che la supernova SN 2007bi non ha mostrato le righe dell’idrogeno o dell’elio per cui lo schema classico di classificazione la pone nella classe delle supernovae di tipo Ic anche se la sua luminosità è decisamente maggiore. Ad ogni modo, lo studio di queste supernovae, estremamente brillanti, associate a stelle supermassicce, apre una nuova finestra alla cosmologia. Infatti, anche la ricerca di galassie nane, che sono molto deboli e che contengono pochi elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, diventa fondamentale dato che esse si possono considerare veri e propri laboratori fossili per studiare l’Universo primordiale.