Per quasi un secolo, gli astronomi hanno studiato le supernovae con grande interesse. Questi eventi miracolosi sono ciò che accade quando una stella entra nella fase finale della sua durata di vita e collassa, oppure viene spogliata da una stella compagna dei suoi strati esterni fino al punto in cui subisce il collasso del nucleo. In entrambi i casi, questo evento di solito porta a una massiccia liberazione di materiale poche volte la massa del nostro Sole.
Tuttavia, un team internazionale di scienziati ha recentemente assistito a una supernova sorprendentemente debole e breve. Le loro osservazioni indicano che la supernova è stata causata da un compagno invisibile, probabilmente una stella di neutroni che ha spogliato il suo compagno di materiale, facendolo crollare e diventare supernova. Questa è quindi la prima volta che gli scienziati hanno assistito alla nascita di un sistema binario compatto a stella di neutroni.
Lo studio, intitolato "Una supernova ultra-spogliata calda e veloce che probabilmente ha formato un binario compatto a stella di neutroni", è apparso di recente sulla rivista Scienza. Lo studio è stato condotto da Kishalay De, uno studente laureato del Dipartimento di astrofisica di Caltech, e ha incluso membri del NASA Goddard Space Flight Center e Jet Propulsion Laboratory, Weizmann Institute of Science, Max Planck Institute for Astrophysics, Lawrence Berkeley National Laboratory e più università e osservatori.
La ricerca del team è stata condotta principalmente nel laboratorio di Mansi Kasliwal, assistente professore di astronomia presso la Caltech e coautore dello studio. È anche la principale investigatrice del progetto Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH), guidato da Caltech, una collaborazione astronomica internazionale che si concentra sullo studio della fisica degli eventi transitori (di breve durata) - ovvero supernovae, stelle di neutroni, nero fusioni di buche e asteroidi terrestri.
Per motivi di studio, il team ha osservato l'evento della supernova noto come iPTF 14gqr, che è apparso nella periferia di una galassia a spirale a circa 920 milioni di anni luce dalla Terra. Nel corso delle loro osservazioni, hanno notato che la supernova ha provocato il rilascio di una quantità relativamente modesta di materia - circa un quinto della massa del Sole. Questa è stata piuttosto la sorpresa, come Kasliwali ha indicato in un recente comunicato stampa di Caltech:
"Abbiamo visto il crollo del nucleo di questa stella massiccia, ma abbiamo visto espellere notevolmente poca massa. La chiamiamo una supernova busta ultra-spogliata ed è stato a lungo previsto che esistano. Questa è la prima volta che abbiamo visto in modo convincente il crollo del nucleo di una stella massiccia che è così priva di materia. "
Questo evento è stato insolito perché, per far crollare le stelle, i loro nuclei devono essere stati precedentemente avvolti da enormi quantità di materiale. Ciò ha sollevato la questione di dove le stelle mancanti avrebbero potuto andare. Sulla base delle loro osservazioni, hanno determinato che un compagno compatto (una nana bianca o una stella di neutroni) doveva averlo sottratto nel tempo.
Questo scenario è ciò che porta alle supernove di tipo I, che si verificano nel sistema binario costituito da una stella di neutroni e un gigante rosso. In questo caso, il team non è stato in grado di individuare il compagno della stella di neutroni, ma ha ragionato che deve essersi formato in orbita con l'altra stella, formando così il sistema binario originale. In effetti, ciò significa che osservando iPTF 14gqr, il team ha assistito alla nascita di un sistema binario composto da due stelle di neutroni compatte.
Inoltre, il fatto che queste due stelle di neutroni siano così vicine tra loro significa che alla fine si uniranno in un evento simile a quello che si è verificato nel 2017. Conosciuta come "evento kilonova", questa fusione è stato il primo evento cosmico ad essere visto in entrambe le onde gravitazionali ed elettromagnetiche. Le osservazioni di follow-up hanno anche indicato che la fusione ha probabilmente comportato la formazione di un buco nero.
Questo crea opportunità per futuri sondaggi, che guarderanno iPTF 14gqr per vedere se un altro evento kilonova risulta e crea un altro buco nero. Inoltre, il fatto che il team sia stato in grado di osservare l'evento è stato piuttosto fortunato, dato che questi fenomeni sono sia rari (che rappresentano solo l'1% degli eventi di supernova) sia di breve durata. Come ha spiegato De:
“Hai bisogno di rapidi sondaggi transitori e una rete ben coordinata di astronomi in tutto il mondo per catturare davvero la fase iniziale di una supernova. Senza i dati nella sua infanzia, non avremmo potuto concludere che l'esplosione doveva aver avuto origine nel nucleo collassante di una stella massiccia con un involucro circa 500 volte il raggio del sole. "
L'evento è stato rilevato per la prima volta dall'Osservatorio Palomar come parte della Palomar Transient Factory (iPTF) intermedia, una collaborazione scientifica in cui osservatori di tutto il mondo monitorano il cosmo per eventi cosmici di breve durata come le supernovae. Grazie a iPTF che conduceva sondaggi notturni, il telescopio Palomar è stato in grado di individuare iPTF 14gqr molto poco dopo che è diventato supernova.
La collaborazione ha anche assicurato che una volta che il telescopio Palomar non era più in grado di vederlo (a causa della rotazione della Terra) che altri osservatori erano in grado di continuare a monitorarlo e seguirne l'evoluzione. Guardando al futuro, lo stabilimento transitorio di Zwicky (che è il successore dell'Osservatorio Palomar per l'IPTF) condurrà sondaggi del cielo ancora più frequenti e ampi, nella speranza di individuare altri eventi rari.
Queste indagini, in coordinamento con gli sforzi di follow-up di reti come GROWTH, consentiranno agli astronomi di studiare come si evolvono i sistemi binari compatti. Ciò porterà a una maggiore comprensione non solo del modo in cui questi oggetti interagiscono, ma fornirà maggiori informazioni su come si formano le onde gravitazionali e alcuni tipi di buchi neri.
