Una gigantesca esplosione stellare poco prima della supernova

Un gruppo di astronomi ha effettuato un'importante scoperta sugli ultimi attimi di vita delle stelle massicce, prima che esse si «auto-distruggano» in supernove di Tipo IIn. Il team, analizzando l'archivio di dati PTF conservato presso il Lawrence Berkeley Lab, ha scoperto la presenza di una penultima esplosione prima della colossale supernova. In questa penultima esplosione, la stella sparge nello spazio quantità incredibili di materiale, e potrebbe avere un profondo legame con l'esplosione finale – la supernova.


Il team, guidato da Eran Ofek dell'Istituto israelita Weizmann, ha pubblicato i suoi risultati sull'edizione più recente della rivista scientifica Nature.
Le stelle massicce, la cui massa è compresa tra 8 e 100 volte quella del nostro Sole, passano la loro intera esistenza a fondere l'idrogeno in elementi sempre più pesanti, tra cui l'elio, l'ossigeno, il carbonio e molti altri. Verso gli ultimi stadi del ciclo vitale di queste stelle, le riserve sono state esaurite quasi del tutto, e ciò che rimane è praticamente solo un nucleo di ferro. Questo nucleo collassa su se stesso, emettendo un'incredibile quantità di radiazioni sotto forma di neutrini, campi magnetici e onde d'urto. La stella viene distrutta in questo processo. Se gli astronomi qui sulla Terra rilevano nella supernova quantità di idrogeno, la supernova viene classificata come Tipo II. Se le linee d'emissione dell'idrogeno sono abbastanza sottili, l'evento viene ancora una volta classificato come Tipo IIn, dove la n sta per narrow, sottile.
Gli astronomi sospettavano che queste sottili linee d'emissione fossero causate dal passaggio della luce della supernova attraverso una sottile sfera di idrogeno che avvolgeva la stella prima ancora che essa esplodesse in una supernova. Alcuni già sospettavano che questo «scudo» di materiale fosse stato emesso poco prima dalla stella, ma prima di oggi non era ancora stato trovato l'anello mancante che collegasse questi due eventi.
Ed ecco che scende in campo il PTF e il suo telescopio automatizzato Samuel Oschin presso il Palomar Observatory nella California meridionale. I dati ottenuti hanno viaggiato per centinaia di chilometri attraverso l'High Performance Wireless Research And Education della National Science Foundation e l'Energy Sciences Network (ESnet) del Dipartimento di Energia Statunitense prima di raggiungere il NERSC, dove alcuni computer sui quali era installato il software Transient Detection Pipeline hanno analizzato i dati e individuato da soli gli eventi che potrebbero essere stati interessanti per gli astronomi. Il NERSC ha inoltre archiviato questi dati, permettendo ai ricercatori di analizzarli sul web tramite il gateway DeepSky.
E così, il 25 Agosto 2010 è stata rilevata una supernova di Tipo IIn a mezzo miliardo di anni luce dal nostro pianeta. Subito dopo, Ofek e il suo team sono partiti alla ricerca di osservazioni precedenti della stessa regione e hanno identificato la stella che potrebbe aver generato la supernova. Ma non solo: questa stella variabile aveva emesso un'enorme quantità di materiale solamente 40 giorni prima del rilevamento della supernova, classificata come SN 2010mc.
«Dopo che gli strumenti del NERSC hanno rilevato SN 2010mc, siamo tornati indietro agli archivi e trovato le prove di un'esplosione precedente nella stessa area, e sapevamo che parte del materiale della stella era stato espulso prima della supernova finale», spiega Brad Cenko dell'Università di Berkeley. «Avevamo visto fenomeni simili in precedenza, ma solo in uno o due casi siamo stati in grado di affermare con sicurezza quando l'esplosione precedente era avvenuta».
Ofek e il suo team del PTF hanno anche sviluppato un modello computerizzato che ha concluso che la penultima esplosione ha sparso nello spazio un centesimo di massa solare, creando una sfera che viaggiava alla velocità di 2 mila chilometri al secondo: quando la supernova è esplosa, infatti, il suo raggio era già di 7 miliardi di chilometri. Materiali espulsi in precedenza sono stati trovati anche a 10 miliardi di chilometri dalla stella, ma la loro velocità era già diminuita fino a qualche centinaia di chilometri al secondo.
Studiando il modello, il team ha concluso che vi sono stati molteplici eventi di perdita di massa uno dopo l'altro causati da onde di gravità enfatizzate dalla turbolenza. Questi eventi minori sono culminati nel collasso del nucleo e nella sua esplosione. Dato il breve periodo di tempo che separa questi eventi, gli astronomi sospettano che siano legati da una relazione causale, il che avrebbe importanti implicazioni sui processi che portano a una supernova.
Il team ha poi continuato ad analizzare l'archivio di dati, trovando molti altri casi simili.
«Nonostante il progetto PTF non stia più raccogliendo dati ogni singola notte, ci affidiamo ancora alle risorse del NERSC per setacciare i nostri dati d'archivio», spiega Peter Nugent. «Questa recente scoperta ci mostra che c'è ancora molto da imparare dai dati d'archivio al NERSC, e ci dà consigli su come potremmo realizzare futuri esperimenti per investigare ancora più a fondo su questi eventi».

Fonte
doi:10.1038/nature.2013.12383

© immagini
KE-JUNG CHEN/SCHOOL OF PHYSICS AND ASTRONOMY/UNIV. MINNESOTA
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