Un team internazionale di astronomi ha osservato il primo esempio di un nuovo tipo di supernova. La scoperta, a conferma di una previsione fatta quattro decenni fa, potrebbe portare a nuove intuizioni sulla vita e la morte delle stelle. L'opera è stata pubblicata il 28 giugno 2021, in Astronomia naturale.
"Una delle principali domande in astronomia è confrontare come si evolvono le stelle e come muoiono", ha affermato Stefano Valenti, professore di fisica e astronomia all'Università della California, Davis, e membro del team che ha scoperto e descritto la supernova 2018zd. "Ci sono ancora molti collegamenti mancanti, quindi questo è molto eccitante."
Ci sono due tipi conosciuti di supernova. Una supernova con collasso del nucleo si verifica quando una stella massiccia, più di 10 volte la massa del nostro Sole, esaurisce il carburante e il suo nucleo collassa in un buco nero o in una stella di neutroni. Una supernova termonucleare si verifica quando una stella nana bianca, i resti di una stella fino a otto volte la massa del sole, esplode.
Nel 1980, Ken'ichi Nomoto dell'Università di Tokyo predisse un terzo tipo chiamato supernova a cattura di elettroni.
Ciò che impedisce alla maggior parte delle stelle di collassare sotto la propria gravità è l'energia prodotta nel loro nucleo centrale. In una supernova a cattura di elettroni, quando il nucleo esaurisce il carburante, la gravità forza gli elettroni nel nucleo nei loro nuclei atomici, facendo collassare la stella su se stessa.
La supernova 2018zd, contrassegnata da un cerchio bianco alla periferia della galassia NGC2146, è il primo esempio di un nuovo, terzo tipo di supernova previsto 40 anni fa. Immagine composita con i dati del telescopio spaziale Hubble, dell'Osservatorio di Las Cumbres e di altre fonti. Credito: Joseph Depasquale, STScI
Prove dallo spettro tardivo
La supernova 2018zd è stata rilevata a marzo 2018, circa tre ore dopo l'esplosione. Le immagini d'archivio del telescopio spaziale Hubble e del telescopio spaziale Spitzer hanno mostrato un oggetto debole che era probabilmente la stella prima dell'esplosione. La supernova è relativamente vicina alla Terra, a una distanza di circa 31 milioni di anni luce nella galassia NGC2146.
Il team, guidato da Daichi Hiramatsu, studente laureato presso l'UC Santa Barbara e l'Osservatorio di Las Cumbres, ha raccolto dati sulla supernova nei due anni successivi. Gli astronomi della UC Davis, tra cui Valenti e gli studenti laureati Azalee Bostroem e Yize Dong, hanno contribuito con un'analisi spettrale della supernova due anni dopo l'esplosione, una delle prove che dimostrano che 2018zd era una supernova a cattura di elettroni.
"Avevamo un set di dati davvero squisito e davvero completo dopo la sua ascesa e dissolvenza", ha affermato Bostroem. Ciò includeva dati molto tardi raccolti con il telescopio da 10 metri presso l'Osservatorio WM Keck alle Hawaii, ha aggiunto Dong.
La teoria prevede che le supernove a cattura di elettroni dovrebbero mostrare uno spettro chimico stellare insolito anni dopo.
"Gli spettri di Keck che abbiamo osservato confermano chiaramente che SN 2018zd è il nostro miglior candidato per essere una supernova a cattura di elettroni", ha affermato Valenti.
I dati dello spettro tardivo non erano l'unico pezzo del puzzle. Il team ha esaminato tutti i dati pubblicati sulle supernove e ha scoperto che mentre alcuni avevano alcuni degli indicatori previsti per le supernove a cattura di elettroni, solo SN 2018zd li aveva tutti e sei: un'apparente stella progenitrice del tipo Super-Asymptotic Giant Branch (SAGB); forte perdita di massa pre-supernova; un insolito spettro chimico stellare; una debole esplosione; poca radioattività; e un nucleo ricco di neutroni.
"Abbiamo iniziato chiedendo 'cos'è questo strambo?' Quindi abbiamo esaminato ogni aspetto di SN 2018zd e ci siamo resi conto che tutti possono essere spiegati nello scenario della cattura di elettroni", ha affermato Hiramatsu.
Questa immagine composita della Nebulosa del Granchio è stata assemblata combinando i dati di cinque telescopi che coprono quasi l'intera ampiezza dello spettro elettromagnetico. Crediti: NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF e G. Dubner (Università di Buenos Aires)
Spiegazione della nebulosa del granchio
Le nuove scoperte illuminano anche alcuni misteri della più famosa supernova del passato. Nel 1054 d.C. si verificò una supernova nella Via Lattea. Secondo i documenti cinesi era così luminoso che poteva essere visto di giorno per 23 giorni e di notte per quasi due anni. Il residuo risultante - la Nebulosa del Granchio - è stato studiato in dettaglio. In precedenza era il miglior candidato per una supernova a cattura di elettroni, ma questo era incerto in parte perché l'esplosione avvenne quasi mille anni fa. Il nuovo risultato aumenta la certezza che l'evento che ha formato la Nebulosa del Granchio fosse una supernova a cattura di elettroni.
“Sono molto contento che sia stata finalmente scoperta la supernova a cattura di elettroni, che io e i miei colleghi avevamo previsto esistesse e avesse una connessione con la Nebulosa del Granchio 40 anni fa. Questo è un meraviglioso caso di combinazione di osservazioni e teoria", ha affermato Nomoto, che è anche autore del presente articolo.
Leggi Scoperta di un nuovo tipo di esplosione stellare - Una supernova a cattura di elettroni - Illumina un mistero medievale per ulteriori informazioni su questa ricerca.
Riferimento: "The electron-capture origin of supernova 2018zd" di Daichi Hiramatsu, D. Andrew Howell, Schuyler D. Van Dyk, Jared A. Goldberg, Keiichi Maeda, Takashi J. Moriya, Nozomu Tominaga, Ken'ichi Nomoto, Griffin Hosseinzadeh , Iair Arcavi, Curtis McCully, Jamison Burke, K. Azalee Bostroem, Stefano Valenti, Yize Dong, Peter J. Brown, Jennifer E. Andrews, Christopher Bilinski, G. Grant Williams, Paul S. Smith, Nathan Smith, David J. Sand, Gagandeep S. Anand, Chengyuan Xu, Alexei V. Filippenko, Melina C. Bersten, Gastón Folatelli, Patrick L. Kelly, Toshihide Noguchi e Koichi Itagaki, 28 giugno 2021, Astronomia naturale.
DOI: 10.1038/s41550-021-01384-2
La ricerca fa parte del Global Supernova Project, guidato dal professor Andrew Howell dell'UCSB e dell'Osservatorio di Las Cumbres. Ulteriori coautori sono: Curtis McCully e Jamison Burke, Las Cumbres Observatory e UCSB; Jared Goldberg e Chengyuan Xu, UCSB; Schuyler Van Dyk e Gagandeep Anand, California Institute of Technology; Keiichi Maeda, Università di Kyoto; Takashi Moriya, Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone; Nozomu Tominaga, Konan University, Kobe, Giappone; Griffin Hosseinzadeh, Centro di Astrofisica, Harvard e Smithsonian; Iair Arcavi, Università di Tel Aviv, Israele; Peter Brown, Texas A&M University; Jennifer Andrews, Christopher Bilinski, G. Grant Williams, Paul Smith, Nathan Smith e David Sand, Osservatorio Steward, Università dell'Arizona; Alexei Filippenko, UC Berkeley; Melina Bersten e Gastón Folatelli, Instituto de Astrofísica de La Plata e Universidad Nacional de La Plata, Argentina; Patrick Kelly, Università del Minnesota; Toshi-hide Noguchi, Osservatorio Astronomico Noguchi e Koichi Itagaki, Osservatorio Astronomico Itagaki, Giappone. Il lavoro è stato in parte sostenuto da sovvenzioni della National Science Foundation e della NASA.
