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Scontri spaziali: osservata una supernova in collisione con la sua compagna

Simulazione dei detriti in espansione a 10 mila km/s di una supenova supernova di tipo Ia (in marrone scuro) mentre distrugge la sua stella compagna (in blu).
Simulazione dei detriti in espansione a 10 mila km/s di una supenova supernova di tipo Ia (in marrone scuro) mentre distrugge la sua stella compagna (in blu). Credit: Dan Kasen

Le supernovae di tipo Ia sono uno dei fenomeni più brillanti nell'Universo: vengono prodotte quando piccole stelle dense, chiamate nane bianche, esplodono con feroce intensità. Negli ultimi decenni ne sono state osservate migliaia ma il meccanismo ancora non del tutto compreso.

Le cose però, sono iniziate a cambiare quando un gruppo di astronomi della Caltech, che lavora ad un sistema di osservazione automatizzato chiamato intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), ha scoperto la supernova di tipo Ia, denominata iPTF14atg, nella vicina galassia IC831, situata a 300 milioni di anni luce di distanza.

Il loro lavoro è stato pubblicato il 21 maggio sulla rivista Nature.

A strong ultraviolet pulse from a newborn type Ia supernova [abstract]

Type Ia supernovae are destructive explosions of carbon-oxygen white dwarfs. Although they are used empirically to measure cosmological distances, the nature of their progenitors remains mysterious. One of the leading progenitor models, called the single degenerate channel, hypothesizes that a white dwarf accretes matter from a companion star and the resulting increase in its central pressure and temperature ignites thermonuclear explosion. Here we report observations with the Swift Space Telescope of strong but declining ultraviolet emission from a type Ia supernova within four days of its explosion. This emission is consistent with theoretical expectations of collision between material ejected by the supernova and a companion star, and therefore provides evidence that some type Ia supernovae arise from the single degenerate channel.

Le supernovae di tipo Ia sono note come “candele standard” perché vengono utilizzate dagli astronomi per misurare le distanze. Si ritiene, infatti, che queste stelle esplose raggiungano tutte la stessa luminosità assoluta per cui più sono deboli e più devono essere distanti. C'è da ricordare, però, che tale caratteristica è stata recentemente messa in discussione quando un team dell'Università dell'Arizona ha scoperto che in realtà queste supernovae risultano più diversificate di quanto si pensasse. Lo spostamento verso il rosso o verso il blu dello spettro sarebbe dovuto non tanto alla distanza di per sé ma ad un diverso tipo di esplosione che caratterizzerebbe i due gruppi individuati, uno più vicino a noi, e quindi più recente, ed uno più lontano, relativo alle giovani fasi dell'Universo. Un problema di colore, quindi, che andrebbe a smorzare anche le stime sull'accelerazione dell'Universo ottenute finora. Ad ogni modo, questo metodo di misurazione è in voga dal 1990 e fece guadagnare il Premio Nobel per la fisica a tre scienziati nel 2011.

L'origine delle supernovae di tipo Ia è ancora dubbia ma le due teorie prevalenti iniziano con lo stesso scenario: la nana bianca destinata ad esplodere appartiene ad una coppia di stelle che orbitano attorno ad un comune centro di massa. L'interazione tra queste due stelle sarebbe pertanto responsabile di formare una supernova. Ma di quali interazioni parliamo? Ed è qui che le teorie divergono!

Secondo la prima ipotesi, la compagna della nana bianca che esplode è anch'essa una nana bianca e l'esplosione della supernova si innesca quando i due oggetti si fondono (modello doppio degenere).
Nella seconda ipotesi, invece, la stella compagna è simile al nostro Sole o una gigante rossa. In questo modello, la potente gravità della nana bianca accresce il materiale dell'altra stella. Questo processo, a sua volta, aumenta la temperatura e la pressione al centro della nana bianca fino alla drammatica esplosione (modello singolo degenere).

Purtroppo, però, gli eventi di supernova sono molto rari: si verificano circa una volta ogni quarto di secolo nella nostra Galassia e le stelle interessate diventano ben visibili solo dopo essere esplose.

Determinante è stato quindi il lavoro all'iPTF.
Dalla cima del Monte Palomar a sud della California, dove si trova il Samuel Oschin Telescope da 1.22 metri, una camera completamente automatizzata osserva nella banda ottica circa 1.000 gradi quadrati di cielo ogni notte (circa 1/20 del cielo visibile sopra l'orizzonte) alla ricerca di sorgenti transienti, ovvero la cui luminosità cambia su scale temporali che vanno da ore a giorni. Bene, nelle immagini del 3 maggio, un sofisticato algoritmo dei computer presso il National Energy Research Scientific Computing Center, ha individuato un segnale di possibile supernova.

Tuttavia, le osservazioni migliori per questi oggetti molto caldi avvengono nell'ultravioletto, un tipo di imaging possibile solo dallo spazio dove non c'è l'atmosfera terrestre e l'ozono ad assorbire quasi tutta la radiazione UV proveniente dall'Universo. Pertanto, è venuto in soccorso un rapido follow-up del satellite Swift che ha misurato un bagliore di radiazione UV inizialmente in calo e poi di nuovo in aumento, mentre la supernova si accendeva.

L'impulso ultravioletto rilevato è risultato coerente con uno scenario in cui il materiale espulso da un'esplosione di supernova impatta contro la stella compagna generando un'onda d'urto che accende il materiale circostante, compatibile con il modello singolo degenere.

Secondo Shrinivas Kulkarni, professore di Astronomia e Scienze Planetarie supportato dalla fondazione MacArthur e direttore dei Caltech Optical Observatories, la scoperta "fornisce la prova diretta dell'esistenza di una stella compagna in una supernova di tipo Ia e dimostra che almeno alcuni tipi di queste supernovae di tipo Ia provengono da uno scenario singolo degenere".

Tuttavia, questa potrebbe non essere la regola. Nel 2011, infatti, le osservazioni della supernova di tipo Ia SN2011fe, scoperta nella galassia M101 dalla PTF (il precursore della iPTF), al contrario, sembravano escludere il modello singolo degenere. Ciò significa che "entrambe le teorie possono essere valide", ha detto Sterl Phinney, professore di Astrofisica Teorica alla Caltech, non coinvolto nella ricerca. "La notizia è che entrambi i modelli teorici sembrano essere giusti e quindi esistono due tipi molto diversi di supernovae Ia".

Ora, il team iPTF dovrà essere tanto bravo (e fortunato) da riuscire a ripetere osservazioni così complete su molti altri campioni di supernovae per determinare il modello prevalente.

Riferimenti:
- http://phys.org/news/2015-05-astronomers-supernova-colliding-companion-star.html

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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