Resti di stelle 'zombie': il telescopio Chandra svela supernove che non vogliono spegnersi

Per decenni abbiamo immaginato la morte di una stella massiccia come uno spettacolo grandioso ma prevedibile, destinato a un lento spegnersi nel buio cosmico. Dopo l'esplosione iniziale, la nube di gas incandescente e detriti – nota come resto di supernova – avrebbe dovuto semplicemente raffreddarsi e affievolirsi nel corso dei secoli. Ma un nuovo sondaggio di 14 anni della vicina galassia a spirale Messier 83 (M83) sta ribaltando questa convinzione.

Utilizzando i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, i ricercatori hanno identificato 22 sorgenti di raggi X legate a resti di supernova in M83. Hanno scoperto che circa la metà di questi resti non si sta affievolendo silenziosamente. Al contrario, stanno sfarfallando – aumentando e diminuendo drammaticamente di luminosità nell'arco di pochi anni .

"Sappiamo che le singole sorgenti di raggi X possono variare enormemente, ma scoprire che così tanti resti di supernova si comportano in questo modo è stata una vera sorpresa", ha detto Andrea Prestwich, astronoma alla Catholic University of America che ha guidato lo studio. "Qualcosa di insolito sta sicuramente accadendo all'interno di questi oggetti" . I risultati sono stati presentati a un incontro dell'American Astronomical Society e pubblicati su The Astrophysical Journal .

Il mistero dei resti irrequieti

I resti di supernova hanno in genere centinaia o migliaia di anni. Quando l'onda d'urto iniziale dell'esplosione esaurisce la sua energia, il gas caldo dovrebbe irradiare i suoi raggi X e affievolirsi costantemente. La popolazione di M83, situata a circa 15 milioni di anni luce dalla Terra, non sta seguendo il copione .

Delle 22 sorgenti di raggi X analizzate nella finestra di osservazione di 14 anni (dal 2000 al 2014), circa la metà ha mostrato cambiamenti misurabili di luminosità. Non si è trattato di un tremolio sottile; le variazioni erano abbastanza significative da essere evidenti nei dati, con alcune sorgenti che si illuminavano e svanivano di quantità sostanziali a intervalli irregolari .

Solo uno dei resti variabili ha una spiegazione semplice. Designato SN 1957D, questo resto è stato osservato mentre scagliava i suoi detriti ad alta velocità contro una densa regione di gas circostante. La collisione sta producendo un'esplosione di materiale riscaldato dallo shock e un'emissione extra di raggi X, spiegando i suoi brillamenti. Per gli altri resti 'sfarfallanti', oltre una decina, la causa è meno chiara .

Zombie stellari: sistemi binari e 'riciclo cosmico'

Il team di ricerca ha proposto due teorie principali per il misterioso sfarfallio, entrambe le quali suggeriscono che non si tratti semplicemente di stelle "morte", ma di sistemi che ancora consumano attivamente materiale.

Scenario della stella compagna sopravvissuta: Molte stelle massicce nascono in coppie binarie. Quando la più massiccia delle due esplode, può lasciarsi dietro un denso oggetto compatto – una stella di neutroni o un buco nero – mentre la sua compagna rimane intatta. La gravità del resto può quindi strappare materiale stellare alla compagna sopravvissuta. Mentre questo gas precipita a spirale, si riscalda a milioni di gradi, creando un potente sistema binario a raggi X. Il tasso imprevedibile di questo trasferimento di materia potrebbe causare lo sfarfallio osservato .

Accrescimento da 'fallback': Invece di una stella donatrice, il buco nero o la stella di neutroni appena formati potrebbero riconquistare una parte dei detriti che erano stati scagliati via nella supernova originale. Questo "riciclo cosmico", dove parte del materiale non riesce a sfuggire all'attrazione gravitazionale e ricade sull'oggetto centrale, produrrebbe allo stesso modo emissioni di raggi X variabili .

Queste spiegazioni non si escludono a vicenda, ed è possibile che entrambi i processi siano all'opera tra i diversi resti del campione. La prova a favore della teoria della stella binaria è rafforzata dalla posizione dei resti 'sfarfallanti': si trovano in zone di M83 che hanno concentrazioni più elevate di giovani stelle massicce, proprio dove ci si aspetterebbe di trovare binarie a raggi X di grande massa .

Una sorpresa simile in un'altra galassia

M83 non è un caso isolato. Uno studio successivo della Galassia Vortice (M51) ha rivelato una popolazione comparabile di sorgenti di raggi X variabili associate a resti di supernova. La scoperta di questo schema in una seconda galassia ricca di formazione stellare suggerisce che questi resti 'sfarfallanti' potrebbero essere una fase comune, e finora trascurata, dell'aldilà stellare nell'universo .

Scoperta bonus: una supernova accanto a un buco nero

In una scoperta non correlata ma altrettanto affascinante, Chandra e il satellite XMM-Newton dell'Agenzia Spaziale Europea hanno trovato prove di un resto di supernova in uno degli ambienti più estremi che si possano immaginare. Il relitto è stato trovato vicino a Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, a circa 26.000 anni luce dalla Terra .

Gli astronomi stimano che la stella che ha creato questi detriti sia esplosa relativamente di recente, circa 1.700 anni fa. Il resto risultante, situato vicino a una regione chiamata Sagittarius C, si sta espandendo a circa 3,2 milioni di chilometri orari. Se l'identificazione fosse confermata, questo sarebbe il resto di supernova più vicino mai scoperto al buco nero centrale della nostra galassia .

La scoperta, pubblicata anch'essa su The Astrophysical Journal, colloca un'esplosione stellare in un quartiere violento dominato da gravità estrema, densi campi magnetici e nubi di gas scagliate ad alta velocità. Studiare un resto in questo ambiente fornisce agli astronomi un laboratorio unico per capire come si comporta la materia nei campi gravitazionali più potenti dell'universo .