L'impressione di un artista di due nane bianche in procinto di fondersi.
(Immagine: © Università di Warwick / Mark Garlick)
Un gigante Nana bianca la stella potrebbe essere la progenie di una collisione tra altre due nane bianche, secondo un nuovo studio.
La nuova scoperta suggerisce che potrebbero esistere altre nane bianche ultramassive con origini simili; questo può aiutare a far luce su quanto deve essere grande una nana bianca per esplodere in a supernova, hanno detto gli scienziati dietro la nuova ricerca.
Le nane bianche sono i nuclei deboli, sbiaditi e delle dimensioni della Terra delle stelle morte che vengono lasciate indietro dopo che le stelle di medie dimensioni hanno esaurito il loro combustibile e hanno abbandonato i loro strati esterni. Il nostro sole un giorno diventerà una nana bianca, così come più del 90% delle stelle nella nostra galassia.
Gli scienziati hanno studiato un nano bianco noto come WDJ0551 + 4135, che si trova a circa 150 anni luce dalla Terra. Risultati recenti dall'Agenzia spaziale europea Telescopio Gaia ha suggerito che questo oggetto potrebbe essere un nano bianco eccezionalmente massiccio. Per saperne di più su questa insolita stella morta, gli scienziati l'hanno analizzata usando i dati del William Herschel Telescope nelle Isole Canarie.
Esaminando lo spettro dei colori nella luce emessa dalla nana bianca, gli astronomi sono stati in grado di identificare le sostanze chimiche all'interno della stella. Inaspettatamente, i ricercatori hanno trovato un alto livello di carbonio nell'atmosfera dell'oggetto, che gli scienziati non avevano mai visto prima in nane bianche.
"Un nano bianco ha una struttura interna simile a una cipolla, in quanto è a strati", ha detto a Space.com l'autore principale dello studio Mark Hollands, un astrofisico dell'Università di Warwick in Inghilterra. "Nel nucleo della nana bianca, la maggior parte della sua massa è fatta di carbonio e ossigeno, e quindi di solito hai uno strato di elio sopra a quello e poi uno strato di idrogeno. Quindi quando punti un telescopio verso un bianco nano, stai solo vedendo gli strati esterni ".
Questa struttura significa che gli scienziati studiano nani bianchi in genere si vede solo idrogeno o solo elio, o forse un mix di elio e carbonio. Ma non è quello che Hollands e i suoi colleghi hanno visto in questo nano bianco.
"Non ti aspetti mai di vedere l'idrogeno e il carbonio mescolati insieme in una nana bianca - dovrebbe esserci uno strato di elio che li tiene separati", ha detto Hollands. "È stato davvero strano e molto sorprendente e ha sollevato la grande domanda su come sarebbe potuto succedere."
Hollands e i suoi colleghi hanno affermato di avere una soluzione a questo enigma: la strana struttura è nata quando altri due nani bianchi si sono rotti insieme e le loro viscere si sono mescolate, hanno scritto gli scienziati. Ma il nuovo enorme nano bianco non era abbastanza grande da innescare una supernova, lasciando intatta la stella stranamente grande.
Per i ricercatori, un indizio chiave di questo mistero era la massa di questa nana bianca. La maggior parte delle nane bianche è circa 0,6 volte la massa del sole, ma WDJ0551 + 4135 è quasi il doppio della massa media delle nane bianche, a 1,14 masse solari, tutte compattate in uno spazio di soli due terzi del diametro terrestre.
Un altro indizio è l'età apparente di questo nano bianco. Le nane bianche più vecchie in genere sono più fredde e orbitano attorno al centro del via Lattea più veloce delle loro controparti più giovani, perché hanno perso più calore nel tempo e hanno sperimentato più interazioni gravitazionali con altre stelle che le accelerano. Tuttavia, WDJ0551 + 4135 si muove più velocemente del 99% delle altre nane bianche vicine che hanno circa la stessa temperatura, suggerendo che una di queste due misurazioni dell'età era distorta.
I ricercatori sapevano che WDJ0551 + 4135 aveva una strana composizione, una massa doppia rispetto a quella della nana bianca media e un'età che sembrava relativamente giovane se si osservava il calore della stella ma relativamente vecchio se si osservavano i suoi movimenti. Gli astronomi hanno capito che un evento potrebbe spiegare tutti questi misteri: WDJ0551 + 4135 si sono formati quando due nane bianche si sono scontrate, riscaldando la risultante nana bianca e riavviando il suo processo di raffreddamento.
"Sebbene ci siano molte prove che si verifichino tali fusioni, inclusi esempi in galassie lontane, in realtà individuare un nano bianco e dire che questo qui è da una fusione è piuttosto difficile", ha detto Hollands. "Questo è solo uno dei pochi casi in cui è stato possibile farlo e l'unico identificato attraverso la sua composizione."
Gli scienziati hanno affermato che la fusione è avvenuta circa 1,3 miliardi di anni fa. Ma quell'evento resettò l'età di raffreddamento di WDJ0551 + 4135, rendendo difficile determinare l'età dei due nani bianchi originali, che avrebbe potuto avere molti miliardi di anni.
Ci sono poche nani bianchi massiccio come WDJ0551 + 4135, ma ci sono più nane bianche così massicce di quanto gli attuali modelli di formazione di nani bianchi potrebbero prevedere, ha detto Hollands, suggerendo che alcuni di questi potrebbero essersi formati attraverso fusioni. I ricercatori hanno affermato di essere particolarmente entusiasti dell'intuizione che questa nana bianca e altri simili potrebbero fornire sulla linea di confine tra la nana bianca massiccia e la supernova.
Gli astronomi potrebbero anche imparare di più sulle viscere di WDJ0551 + 4135 esaminando le sottili pulsazioni di luminosità causate dalle onde che viaggiano all'interno della stella, ha detto Hollands. Se gli scienziati sono in grado di rilevare più ondate di frequenze diverse che viaggiano attraverso questa nana bianca, possono imparare di più sulla struttura interna della stella. "Ciò potrebbe fornire approfondimenti indipendenti sul fatto che questa stella si sia formata da una fusione", ha detto Hollands.
Gli scienziati hanno dettagliato le loro scoperte online lunedì (2 marzo) sulla rivista Nature Astronomy.
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