Con il passare dei fenomeni astronomici, le supernove sono tra le più affascinanti e spettacolari. Questo processo si verifica quando alcuni tipi di stelle raggiungono la fine della loro durata di vita, dove esplodono e gettano via i loro strati esterni. Grazie a generazioni di studio, gli astronomi sono stati in grado di classificare le supernove più osservate in una delle due categorie (Tipo I e Tipo II) e determinare quali tipi di stelle sono i progenitori di ciascuna.
Tuttavia, ad oggi, gli astronomi non sono stati in grado di determinare quale tipo di stella alla fine porta a una supernova di Tipo Ic - uno speciale di classe in cui una stella subisce un collasso del nucleo dopo essere stata spogliata del suo idrogeno ed elio. Ma grazie agli sforzi di due squadre di astronomi che hanno analizzato i dati archivistici del Hubble Space Telescope, gli scienziati hanno ora trovato la stella a lungo ricercata che causa questo tipo di supernova.
Fondamentalmente, si ritiene che le supernovae di tipo I derivino da sistemi binari costituiti da una nana bianca e una stella compagna in orbita ravvicinata. Nel tempo, la nana bianca inizierà a sottrarre materiale dal compagno fino a raggiungere una massa critica. Il nano bianco impacchettato subisce quindi un collasso del nucleo ed esplode in uno scoppio incredibilmente luminoso di materiale ed energia.
Nel caso delle supernovae di tipo Ic, che rappresentano circa il 20% delle stelle massicce che esplodono dal collasso del nucleo, la stella ha perso il suo strato esterno di idrogeno e la maggior parte del suo elio. Si ritiene che queste stelle siano tra le più massicce conosciute - con almeno 30 masse solari - e rimangono luminose anche dopo aver sparso i loro strati esterni. È stato quindi un mistero il motivo per cui gli astronomi non sono stati in grado di individuarne uno prima che diventasse una supernova.
Fortunatamente, nel 2017, è stata osservata una supernova di tipo Ic avvenire all'interno di un gruppo di giovani stelle nella galassia a spirale NGC 3938, situata a circa 65 milioni di anni luce di distanza. La scoperta iniziale è stata fatta dagli astronomi agli Osservatori Tenagra in Arizona, ma le due squadre di astronomi si sono rivolte a Hubble per individuare la posizione esatta della fonte.
Il primo team, guidato da Schuyler D. Van Dyk, un ricercatore senior presso il Centro di analisi e elaborazione a infrarossi (IPAC) di Caltech, ha immaginato la giovane supernova nel giugno 2017 con Hubble Wide Field Camera 3 (WFC 3). Hanno quindi usato questa immagine per localizzare il progenitore candidato in archivio Hubble foto scattate con NGC 3938 nel dicembre del 2007.
La seconda squadra, guidata da Charles Kilpatrick dell'Università della California Santa Cruz, ha osservato la supernova nel giugno 2017 con immagini a infrarossi utilizzando uno dei telescopi da 10 m del W.M. Osservatorio Keck alle Hawaii. Il team ha quindi analizzato lo stesso archivio Hubble foto del team di Van Dyk per scoprire la possibile fonte.
Entrambi i team hanno pubblicato studi che indicano che il progenitore era probabilmente un supergigante blu situato in uno dei bracci a spirale di NGC 3938. Come ha indicato Van Dyk in un recente comunicato stampa della NASA, “Trovare un progenitore in buona fede di una supernova Ic è un grande premio per la ricerca di progenitori. Ora abbiamo per la prima volta un oggetto candidato chiaramente rilevato. "
Anche il fatto che la supernova (designata SN 2017ein) sia stata rilevata in primo luogo è stato anche abbastanza fortunato, come ha spiegato Kilpatrick:
“Siamo stati fortunati che la supernova fosse nelle vicinanze e molto luminosa, circa da 5 a 10 volte più luminosa di altre supernove di tipo Ic, il che potrebbe aver facilitato la ricerca del progenitore. Gli astronomi hanno osservato molte supernove di tipo Ic, ma sono troppo lontane per essere risolte da Hubble. Hai bisogno di una di queste stelle enormi e luminose in una galassia vicina per esplodere. Sembra che la maggior parte delle supernove di Tipo Ic siano meno massicce e quindi meno luminose, ed è per questo che non siamo riusciti a trovarle. "
Sulla base della valutazione del progenitore, entrambi i team hanno offerto due possibilità per l'identità della fonte. Da un lato, hanno suggerito che potrebbe essere una singola stella pesante tra 45 e 55 masse solari che bruciavano molto luminose e calde, facendole bruciare i suoi strati esterni di idrogeno ed elio prima di subire il collasso gravitazionale.
Una seconda possibilità era che il progenitore fosse un enorme sistema binario costituito da una stella compresa tra 60 e 80 masse solari e un compagno che era di 48 masse solari. In questo scenario, la stella più massiccia è stata spogliata dei suoi strati di idrogeno ed elio dal suo compagno prima che esplodesse come una supernova.
La seconda possibilità è stata un po 'una sorpresa, dal momento che non è quello che gli astronomi si aspettano in base ai modelli attuali. Quando si tratta di supernove di tipo I, gli astronomi si aspettano che i sistemi binari siano costituiti da stelle a massa inferiore, in genere una stella di neutroni con un compagno che ha lasciato la sua sequenza principale e si è espanso per diventare un gigante rosso.
La scoperta di questo progenitore ha quindi risolto qualcosa di misterioso per gli astronomi. Da qualche tempo hanno saputo che le supernove di tipo Ic erano carenti di idrogeno ed elio e non erano sicure del perché. Una possibile spiegazione fu che furono spogliati da forti venti di particelle cariche. Ma nessuna prova di questo è mai stata trovata.
L'altra possibilità riguardava coppie binarie in orbita stretta in cui una stella veniva spogliata dei suoi strati esterni prima che esplodesse. Ma in questo caso, hanno scoperto che la stella che era stata spogliata di materiale era ancora abbastanza massiccia da esplodere come una supernova di Tipo Ic.
Come ha spiegato Ori Fox, un ricercatore dello Space Telescope Science Institute (STSI) a Baltimora e un membro del team di Van Dyk:
“Districare questi due scenari per la produzione di supernova di tipo Ic influisce sulla nostra comprensione dell'evoluzione stellare e della formazione stellare, incluso il modo in cui le masse di stelle vengono distribuite quando nascono e quante stelle si formano nell'interazione dei sistemi binari. E quelle sono domande che non solo gli astronomi che studiano le supernova vogliono sapere, ma tutti gli astronomi cercano ".
Le due squadre hanno anche indicato che non saranno in grado di confermare l'identità della stella progenitrice fino a quando la supernova non svanirà in circa due anni. In questo momento, sperano di usare la NASA James Webb Space Telescope (JWST), che dovrebbe essere lanciato nel 2021, per vedere se il progenitore è ancora molto luminoso (come previsto) e fare misurazioni più accurate della sua luminosità e massa.
Quest'ultima scoperta non solo riempie alcuni dei buchi nella nostra conoscenza di come alcune stelle si comportano quando raggiungono la fine della loro fase di sequenza principale, ma offre anche agli astronomi l'opportunità di conoscere meglio la formazione e l'evoluzione delle stelle nel nostro Universo . Quando i telescopi di prossima generazione saranno disponibili nei prossimi anni, gli astronomi sperano di ottenere informazioni fondamentali su queste domande.
Lo studio condotto da Van Dyk, intitolato "SN 2017ein and the Possible First Identification of a Supernova Progenitor Type", è apparso in Il diario astrofisico nel mese di giugno. Il secondo studio, "Un potenziale progenitore della supernova di tipo Ic 2017ein", è apparso su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society lo scorso ottobre.
