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L’alba dell’astronomia gravitazionale

Forse non tutti sanno che la rivelazione sperimentale delle onde gravitazionali, avvenuta il 14 Settembre del 2015 e annunciata giovedì scorso 11 Febbraio 2016 in una conferenza stampa a Washington DC, è stata possibile grazie alla versione “avanzata” di LIGO (Advanced LIGO, a LIGO). Queste onde dello spazio, che allungano e accorciano la lunghezza dell’interferometro di una quantità incredibilmente piccola, hanno avuto origine da una violenta fusione (merger) di due buchi neri, di massa iniziale pari a una trentina di masse solari, così come riportato nell’articolo scientifico pubblicato su Physical Review Letters. Si tratta di un fenomeno accaduto in una galassia distante 1,3 miliardi di anni-luce e le “increspature” nello spaziotempo, per l’appunto le onde gravitazionali, sono arrivate qui sulla Terra qualche mese fa.
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Un buco nero ‘accanito divoratore’ della sua stella compagna

Gli astronomi hanno scoperto un buco nero che sta consumando il gas della stella compagna ad un ritmo 10 volte più veloce di quanto ipotizzato. Il buco nero, denominato con la sigla P13, si trova nelle regioni periferiche della galassia a spirale NGC 7793 a circa 12 milioni di anni-luce dalla Terra nella costellazione dello Scultore e la quantità di materia che sta catturando è equivalente a 100 miliardi di miliardi di hot dog al minuto. La scoperta è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature. Continua a leggere Un buco nero ‘accanito divoratore’ della sua stella compagna

WASP-94, due gioviani in una coppia di stelle

Una gruppo internazionale di astronomi guidati dai colleghi della Keele University hanno scoperto due esopianeti delle dimensioni di Giove che si trovano ciascuno in orbita attorno alle rispettive stelle che fanno parte di un sistema stellare binario. La maggior parte dei pianeti extrasolari noti orbitano attorno a stelle singole, come il Sole. Tuttavia, molte stelle fanno parte di sistemi binari, cioè stelle doppie che si sono originate dalla stessa nube di gas interstellare. Oggi, per la prima volta, i ricercatori hanno identificato due ‘gioviani caldi’ in una coppia di stelle.

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Le stelle, ‘assorbitrici’ di onde gravitazionali?

Per studiare le onde gravitazionali, quelle invisibili distorsioni del tessuto dello spaziotempo, occorre osservare le stelle. Di recente, un nuovo modello sviluppato in parte da alcuni ricercatori dell’American Museum of Natural History (AMNH), propone una nuova idea secondo la quale se una stella vibra alla stessa frequenza di un’onda gravitazionale, essa assorbirà l’energia di quell’onda diventando così più brillante, una previsione trascurata dalla teoria della relatività generale. Lo studio, apparso su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letterscontraddice alcune precedenti assunzioni sul comportamento delle onde gravitazionali. Continua a leggere Le stelle, ‘assorbitrici’ di onde gravitazionali?

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

Cyg X-1, un buco nero ‘estremo’

Questa immagine di Cyg X-1, ottenuta nella banda dei raggi-X, è stata realizzata dal telescopio High Energy Replicated Optics (HERO), posto su un pallone sonda. Credit: NASA.
Questa immagine di Cyg X-1, ottenuta nella banda dei raggi-X, è stata realizzata dal telescopio High Energy Replicated Optics (HERO), posto su un pallone sonda.
Credit: NASA.

Scoperto nel 1964, Cygnus X-1 detiene il record della sorgente di raggi-X più potente che siamo in grado di osservare dalla Terra. La stella supergigante blu, designata con la sigla HDE 226868, è una stella massiccia che fa parte di un sistema stellare binario che emette raggi-X, l’altro oggetto è un buco nero. Situato a circa 6000 anni-luce, Cyg X-1 è stato per quasi 50 anni uno degli oggetti celesti maggiormente più studiati. La stella variabile, una super gigante blu, orbita attorno al buco nero ad una distanza pari a circa 1/5 della distanza che separa il Sole dalla Terra (circa 0,2 unità astronomiche) mentre i venti stellari contribuiscono ad accrescere il disco attorno alla sorgente di raggi-X. Inoltre, si osservano un paio di getti attraverso i quali la materia viene spazzata nel mezzo interstellare mentre più in profondità il materiale super caldo determina l’emissione di alta energia. La domanda è: saremo in grado di separare la stella dall’orizzonte degli eventi?


arXiv: The Extreme Spin of the Black Hole in Cygnus X-1

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
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

Disallineamenti planetari causati da impatti stellari

L’astrofisico Konstantin Batygin, della Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, ha pubblicato un articolo sulla prestigiosa rivista Nature in cui sostiene che la ragione per cui alcuni pianeti orbitano lungo un piano che si trova al di fuori rispetto al piano equatoriale del loro Sole sia dovuta all’esistenza di un’altra stella che ha interagito con le loro orbite. Batygin suggerisce inoltre che i sistemi planetari che una volta hanno ospitato più di una stella, ma ora non lo fanno, potrebbero contenere pianeti gioviani che si muovono lungo una orbita opposta rispetto alla direzione di rotazione della stella ospite.

I pianeti giovani sono grandi, sono simili a Giove e orbitano molto vicino alla loro stella. Scoperti a partire dal 1995, gli astronomi ritengono che questi giganti si formano ad una certa distanza dalla loro stella e poi migrano col tempo verso le regioni centrali a causa dell’attrazione gravitazionale dovuta al gas e alle polveri che circondano la stella. Secondo questa teoria ci si aspetta che il pianeta si muova lungo una orbita che sia allineata con l’equatore della stella. Tuttavia, tale teoria è stata messa da parte quando, nel 2008, gli astronomi hanno scoperto che alcuni pianeti gioviani non si trovano su orbite allineate e che alcuni di essi si muovono in senso inverso rispetto alla rotazione della stella ospite. Teorie più recenti suggeriscono che questo fenomeno è dovuto all’interazione gravitazionale di altri pianeti simili a Giove che si sono avvicinati alla stella. Ora, però, Batygin propone un’altra possibilità e cioè che il disallineamento delle orbite sia dovuto agli effetti gravitazionali di una seconda stella che faceva parte del sistema planetario. Batygin parte dal fatto che la maggior parte dei sistemi planetari sono caratterizzati, di fatto, da due stelle e che in alcuni casi si trovano più di due stelle. Dunque, per cercare di capire quale impatto potrebbe avere sui pianeti la presenza di due o più stelle, Batygin ha costruito una serie di modelli numerici. Le sue simulazioni hanno mostrato che eventuali interazioni sull’orbita di un pianeta potrebbero facilmente spiegare perché alcuni sistemi planetari mostrano un disallineamento totale di tutti i pianeti e che persino un flip-flop potrebbe capitare al punto tale da determinare un moto orbitale retrogrado del pianeta rispetto alla direzione di rotazione della stella. Egli fa notare che, dato che il nostro Sistema Solare ha una inclinazione di 7 gradi, è molto probabile che una delle stelle della Via Lattea una volta faceva parte del nostro sistema planetario. Infine, Batygin suggerisce che per validare la sua teoria occorrerà confrontare tutti i sistemi binari noti con tutti i sistemi planetari disallineati.

[Abstract: A primordial origin for misalignments between stellar spin axes and planetary orbits]

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

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