Questo grafico a sei pannelli illustra un possibile scenario per la potente esplosione osservata 170 anni fa dal sistema stellare Eta Carinae. 1. Eta Carinae inizialmente era un sistema a tre stelle. Due grandi stelle (A e B) nel sistema orbitano da vicino e una terza compagna C orbita molto più lontano. 2. Quando la più massiccia delle stelle binarie chiuse (A) si avvicina alla fine della sua vita, inizia ad espandersi e scarica la maggior parte del suo materiale sul fratello leggermente più piccolo (B). 3. Il fratello (B) ammassa fino a circa 100 masse solari e diventa estremamente luminoso. La stella donatrice (A) è stata privata dei suoi strati di idrogeno, esponendo il suo nucleo di elio caldo. Il trasferimento di massa altera l'equilibrio gravitazionale del sistema, e la stella con nucleo di elio si allontana ancora di più dalla sorella mostruosa. 4. La stella con nucleo di elio interagisce quindi gravitazionalmente con la stella più esterna (C), tirandolo nella mischia. Le due stelle si scambiano di posto, e la stella più esterna viene calciata verso l'interno. 5. Stella C, muovendosi verso l'interno, interagisce con il fratello estremamente massiccio, creando un disco di materiale attorno alla stella gigante. 6. Alla fine, la stella C si fonde con la grande stella, producendo un evento esplosivo che forma lobi bipolari di materiale espulso dal fratello mostro. Nel frattempo, il compagno superstite, UN, si deposita in un'orbita allungata attorno alla coppia fusa. Ogni 5,5 anni passa attraverso l'involucro gassoso esterno della stella gigante, producendo onde d'urto che vengono rilevate nei raggi X. Credito:NASA, ESA, e A. Feild (STScI)
Cosa succede quando una stella si comporta come se fosse esplosa, ma c'è ancora?
Circa 170 anni fa, gli astronomi hanno assistito a una grande esplosione di Eta Carinae, una delle stelle più luminose conosciute nella galassia della Via Lattea. L'esplosione ha rilasciato quasi la stessa energia di un'esplosione di una supernova standard.
Eppure Eta Carinae è sopravvissuta.
Una spiegazione per l'eruzione è sfuggita agli astrofisici. Non possono portare una macchina del tempo alla metà del 1800 per osservare l'esplosione della tecnologia moderna.
Però, gli astronomi possono usare la "macchina del tempo" della natura, " per gentile concessione del fatto che la luce viaggia a una velocità finita attraverso lo spazio. Invece di dirigersi direttamente verso la Terra, parte della luce dell'esplosione è rimbalzata o "echeggiata" dalla polvere interstellare, e proprio ora sta arrivando sulla Terra. Questo effetto è chiamato eco di luce. La luce si comporta come una cartolina che si è persa nella posta e arriva solo 170 anni dopo.
Eseguendo moderne analisi astronomiche della luce ritardata con telescopi terrestri, gli astronomi hanno scoperto una sorpresa. Le nuove misurazioni dell'eruzione del 1840 rivelano che il materiale si espande con velocità da record fino a 20 volte più veloci di quanto previsto dagli astronomi. Le velocità osservate sono più simili al materiale più veloce espulso dall'onda d'urto in un'esplosione di supernova, piuttosto che i venti relativamente lenti e miti attesi dalle stelle massicce prima che muoiano.
Sulla base di questi dati, i ricercatori suggeriscono che l'eruzione potrebbe essere stata innescata da una prolungata rissa stellare tra tre turbolente stelle sorelle, che distrusse una stella e lasciò le altre due in un sistema binario. Questa zuffa potrebbe essere culminata con una violenta esplosione quando Eta Carinae divorò uno dei suoi due compagni, lanciando nello spazio più di 10 volte la massa del nostro Sole. La massa espulsa ha creato giganteschi lobi bipolari che ricordano la forma del manubrio vista nelle immagini odierne.
I risultati sono riportati in un paio di articoli di un team guidato da Nathan Smith dell'Università dell'Arizona a Tucson, Arizona, e Armin Rest dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland.
Gli echi di luce sono stati rilevati in immagini a luce visibile ottenute dal 2003 con telescopi di dimensioni moderate presso l'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile. Utilizzando telescopi più grandi presso l'Osservatorio Magellano e l'Osservatorio Gemini Sud, entrambi situati anche in Cile, il team ha quindi utilizzato la spettroscopia per sezionare la luce, permettendo loro di misurare le velocità di espansione del materiale espulso. Hanno registrato il materiale che sfrecciava a più di 20 milioni di miglia all'ora (abbastanza veloce da viaggiare dalla Terra a Plutone in pochi giorni).
Le osservazioni offrono nuovi indizi sul mistero che circonda la convulsione titanica che, al tempo, ha reso Eta Carinae la seconda stella notturna più luminosa vista nel cielo dalla Terra tra il 1837 e il 1858. I dati suggeriscono come potrebbe essere diventata la stella più luminosa e massiccia della galassia della Via Lattea.
"Vediamo queste velocità davvero elevate in una stella che sembra aver avuto una potente esplosione, ma in qualche modo la stella è sopravvissuta, " ha spiegato Smith. "Il modo più semplice per farlo è con un'onda d'urto che esce dalla stella e accelera il materiale a velocità molto elevate".
Le stelle massicce normalmente incontrano la loro fine definitiva in eventi guidati da shock quando i loro nuclei collassano per formare una stella di neutroni o un buco nero. Gli astronomi vedono questo fenomeno nelle esplosioni di supernova in cui la stella viene cancellata. Quindi, come si fa a far esplodere una stella con un evento shock-driven, ma non è abbastanza per esplodere completamente? Qualche evento violento deve aver scaricato la giusta quantità di energia sulla stella, facendogli espellere i suoi strati esterni. Ma l'energia non era sufficiente per annientare completamente la stella.
Una possibilità per un tale evento è una fusione tra due stelle, ma è stato difficile trovare uno scenario che potesse funzionare e abbinare tutti i dati su Eta Carinae.
I ricercatori suggeriscono che il modo più semplice per spiegare una vasta gamma di fatti osservati che circondano l'eruzione è con un'interazione di tre stelle, dove gli oggetti si scambiano massa.
Se è il caso, allora l'attuale sistema binario residuo deve essere iniziato come un sistema triplo. "Il motivo per cui suggeriamo che i membri di un folle sistema triplo interagiscono tra loro è perché questa è la migliore spiegazione di come il compagno di oggi abbia perso rapidamente i suoi strati esterni prima del fratello più massiccio, " ha detto Smith.
Nello scenario proposto dal team, due grandi stelle orbitano da vicino e una terza compagna orbita più lontano. Quando la più massiccia delle stelle binarie vicine si avvicina alla fine della sua vita, inizia ad espandersi e scarica la maggior parte del suo materiale sul fratello leggermente più piccolo.
Il fratello ha ora una massa fino a circa 100 volte la massa del nostro Sole ed è estremamente luminoso. La stella donatrice, ora solo circa 30 masse solari, è stato spogliato dei suoi strati di idrogeno, esponendo il suo nucleo di elio caldo.
È noto che le stelle con nucleo di elio caldo rappresentano uno stadio avanzato dell'evoluzione nella vita delle stelle massicce. "Dall'evoluzione stellare, c'è una comprensione abbastanza solida che le stelle più massicce vivono la loro vita più velocemente e le stelle meno massicce hanno una vita più lunga, " Rest ha spiegato. "Quindi la calda stella compagna sembra essere più avanti nella sua evoluzione, anche se ora è una stella molto meno massiccia di quella su cui sta orbitando. Questo non ha senso senza un trasferimento di massa".
Il trasferimento di massa altera l'equilibrio gravitazionale del sistema, e la stella con nucleo di elio si allontana ancora di più dalla sorella mostruosa. La stella viaggia così lontano che interagisce gravitazionalmente con la terza stella più esterna, calciandolo verso l'interno. Dopo aver effettuato alcuni passaggi ravvicinati, la stella si fonde con il suo partner dei pesi massimi, producendo un deflusso di materiale.
Nelle fasi iniziali della fusione, il materiale espulso è denso e si espande relativamente lentamente mentre le due stelle si avvicinano sempre più a spirale. Dopo, si verifica un evento esplosivo quando le due stelle interne finalmente si uniscono, sabbiatura di materiale che si muove 100 volte più velocemente. Questo materiale alla fine raggiunge il lento materiale espulso e lo colpisce come uno spazzaneve, riscaldando il materiale e facendolo brillare. Questo materiale incandescente è la fonte di luce della principale eruzione storica vista dagli astronomi un secolo e mezzo fa.
Nel frattempo, la stella più piccola con nucleo di elio si deposita in un'orbita ellittica, passando attraverso gli strati esterni della stella gigante ogni 5,5 anni. Questa interazione genera onde d'urto che emettono raggi X.
Una migliore comprensione della fisica dell'eruzione di Eta Carinae può aiutare a far luce sulle complicate interazioni di stelle binarie e multiple, che sono fondamentali per comprendere l'evoluzione e la morte delle stelle massicce.
Il sistema Eta Carinae risiede 7, A 500 anni luce di distanza all'interno della nebulosa della Carena, una vasta regione di formazione stellare vista nel cielo meridionale.
Il team ha pubblicato i suoi risultati in due articoli, che appaiono online il 2 agosto in The Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
