Stelle morte che si rifiutano di spegnersi: Chandra svela una galassia piena di resti di supernova lampeggianti

Per decenni, i libri di testo hanno insegnato che i resti delle stelle esplose, le supernovae, si raffreddano in modo lento e prevedibile nel corso di migliaia di anni. Ma una meticolosa nuova analisi di 14 anni di dati d'archivio dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA rivela una realtà molto più caotica. Nella vicina galassia a spirale Messier 83 (M83), un gruppo di resti di supernova si sta rifiutando di svanire in silenzio, lampeggiando invece drammaticamente nella luce X in scale temporali di pochi anni.

Uno spettacolo pirotecnico negli abissi cosmici di M83

Per stabilire una linea di base su come i resti di supernova si evolvono, gli astronomi hanno puntato Chandra verso M83, una spettacolare galassia a spirale vista di faccia situata a circa 15 milioni di anni luce dalla Terra, per osservazioni che sono durate dal 2000 al 2014 . Il team ha tracciato 22 sorgenti di raggi X precedentemente identificate come resti di supernova e ha fatto una scoperta sbalorditiva: circa la metà di esse mostrava cambiamenti significativi e inaspettati nella loro luminosità in banda X .

"Sappiamo che le singole sorgenti di raggi X possono cambiare radicalmente, ma scoprire che così tanti resti di supernova lo fanno ci ha davvero sorpreso", ha dichiarato Andrea Prestwich, astronoma alla Catholic University of America e coautrice dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal .

È questa alta percentuale – all'incirca 11 su 22 – a rendere la scoperta così dirompente. Non si tratta di un singolo, bizzarro oggetto che infrange le regole, ma di un comportamento diffuso che costringe a rivedere il modello evolutivo standard per i resti stellari .

Perché stelle "morte" continuano a brillare?

Il team ha identificato due meccanismi principali, che potrebbero anche agire contemporaneamente, per spiegare l'irregolare lampeggiamento a raggi X .

1. La stella compagna sopravvissuta

La spiegazione più accreditata è che molti di questi resti di supernova ospitino una sopravvissuta. La maggior parte delle stelle massicce esiste in sistemi binari. Quando la stella più grande esplode come supernova, può lasciarsi dietro un buco nero o una stella di neutroni. Se la stella compagna sopravvive al cataclisma, può rimanere intrappolata in un'orbita stretta attorno al nuovo oggetto compatto. L'intensa gravità del buco nero o della stella di neutroni inizia quindi a risucchiare materiale dalla superficie della compagna. Questo processo, noto come accrescimento, riscalda il gas in caduta a milioni di gradi, producendo potenti e variabili emissioni di raggi X che dipendono interamente dal tasso di materia che precipita .

2. Riciclo cosmico: l'accrescimento per ricaduta

Uno scenario alternativo ribalta la fonte di materia. Invece di rubare gas a una compagna, l'oggetto compatto centrale potrebbe star "riciclando" i propri stessi detriti. L'astronomo Roy Kilgard, coautore dello studio, ha descritto la possibilità come i detriti dell'esplosione che ricadono proprio sull'oggetto che la supernova ha creato . Questo fenomeno, chiamato "accrescimento per ricaduta", potrebbe anch'esso produrre i bagliori osservati, mentre il materiale riconquistato dal buco nero o dalla stella di neutroni viene riscaldato a temperature che emettono raggi X.

Almeno un resto nel campione, SN 1957D, ha una spiegazione più semplice. Osservato per la prima volta quasi 70 anni fa, il suo brillamento in banda X è probabilmente causato dai suoi ejecta ad alta velocità che si schiantano contro il materiale interstellare circostante, convertendo l'energia cinetica in calore .

Questo fenomeno di variabilità a lungo termine dei resti potrebbe non essere unico di M83. Le prime osservazioni di follow-up della Galassia Vortice (M51) hanno rivelato una popolazione simile di resti variabili, suggerendo che questo comportamento potrebbe essere una caratteristica comune, e finora ignorata, delle galassie in cui si formano attivamente nuove stelle .

Un nuovo 'petardo' vicino al buco nero della Via Lattea

In un'indagine separata, un altro team di astronomi ha puntato sia Chandra che il satellite XMM-Newton dell'ESA verso il turbolento centro della nostra galassia. Il loro obiettivo era Sagittarius C (Sgr C), una densa regione di formazione stellare situata a soli 26.000 anni luce dalla Terra – cosmologicamente parlando, giusto dietro l'angolo rispetto al buco nero supermassiccio Sagittarius A* .

All'interno di Sgr C, hanno identificato una distinta "bolla" di emissione X annidata dentro una più grande bolla di idrogeno ionizzato che circonda una giovane e massiccia stella . Se confermato come un resto di supernova, sarebbe uno degli oggetti di questo tipo più vicini mai trovati al buco nero centrale della Via Lattea . I dati indicano che il materiale stellare espulso si sta espandendo a una velocità di circa 3,2 milioni di chilometri all'ora e che l'esplosione originale è avvenuta solo circa 1.700 anni fa .

La scoperta è stata resa possibile combinando la visione a raggi X ad alta risoluzione di Chandra e XMM-Newton con i dati radio complementari del telescopio MeerKAT in Sudafrica e i dati ottici del survey Pan-STARRS . La scoperta offre una rara opportunità per studiare il ciclo di vita delle stelle nell'ambiente più estremo della galassia.