La metà di tutto il calcio nell'universo, compreso lo stesso calcio nei nostri denti e nelle nostre ossa, è stato creato nell'ultimo sussulto delle stelle morenti.

Chiamate "supernovae ricche di calcio, " queste esplosioni stellari sono così rare che gli astrofisici hanno faticato a trovarle e successivamente a studiarle. La natura di queste supernove e il loro meccanismo per la creazione di calcio, perciò, sono rimasti inafferrabili.

Ora un team guidato dalla Northwestern University ha potenzialmente scoperto la vera natura di questi rari, eventi misteriosi. Per la prima volta in assoluto, i ricercatori hanno esaminato una supernova ricca di calcio con l'imaging a raggi X, che ha fornito uno sguardo senza precedenti nella stella durante l'ultimo mese della sua vita e l'ultima esplosione.

Le nuove scoperte hanno rivelato che una supernova ricca di calcio è una stella compatta che perde uno strato esterno di gas durante le fasi finali della sua vita. Quando la stella esplode, la sua materia si scontra con il materiale sciolto in quel guscio esterno, emettendo raggi X luminosi. L'esplosione complessiva provoca temperature intensamente calde e alta pressione, guidare una reazione chimica che produce calcio.

"Questi eventi sono così pochi che non abbiamo mai saputo cosa abbia prodotto una supernova ricca di calcio, " ha detto Wynn Jacobson-Galan, uno studente laureato del primo anno della Northwestern che ha guidato lo studio. "Osservando ciò che questa stella ha fatto nel suo ultimo mese prima che raggiungesse il punto critico, fine tumultuosa, abbiamo sbirciato in un luogo prima inesplorato, aprendo nuove strade di studio all'interno della scienza transitoria."

"Prima di questo evento, abbiamo avuto informazioni indirette su cosa potrebbero o non potrebbero essere le supernove ricche di calcio, " ha detto Raffaella Margutti della Northwestern, un autore senior dello studio. "Ora, possiamo tranquillamente escludere diverse possibilità".

La ricerca sarà pubblicata il 5 agosto in Il Giornale Astrofisico . Quasi 70 coautori provenienti da più di 15 paesi hanno contribuito al documento.

Margutti è un assistente professore di fisica e astronomia al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern e membro del CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Jacobson-Galan è un Graduate Research Fellow della NSF nel gruppo di ricerca sui transitori di Margutti.

"È stata avviata una collaborazione globale"

L'astronomo dilettante Joel Shepherd ha notato per primo l'esplosione luminosa, soprannominato SN2019ehk, mentre osservavo le stelle a Seattle. Il 28 aprile 2019, Shepherd ha usato il suo nuovo telescopio per visualizzare Messier 100 (M100), una galassia a spirale situata a 55 milioni di anni luce dalla Terra. Il giorno successivo, un punto arancione brillante è apparso nella cornice. Shepherd ha segnalato l'anomalia a un sondaggio astronomico della comunità.

"Non appena il mondo ha saputo che c'era una potenziale supernova in M100, è stata avviata una collaborazione globale, " ha detto Jacobson-Galan. "Ogni singolo paese con un telescopio prominente si è voltato a guardare questo oggetto".

Ciò includeva i principali osservatori negli Stati Uniti come lo Swift Satellite della NASA, W.M. L'Osservatorio Keck alle Hawaii e l'Osservatorio Lick in California. La squadra nordoccidentale, che ha accesso remoto a Keck, è stato uno dei tanti team in tutto il mondo che ha attivato i suoi telescopi per esaminare SN2019ehk in lunghezze d'onda ottiche. Daichi Hiramatsu, studente laureato dell'Università della California di Santa Barbara, è stato il primo a indurre Swift a studiare SN2019ehk nei raggi X e nell'ultravioletto. Hiramatsu è anche uno scienziato del personale dell'Osservatorio Las Cumbres, che ha svolto un ruolo cruciale nel monitoraggio dell'evoluzione a lungo termine di questa supernova con la sua rete globale di telescopi.

L'operazione di follow-up mondiale si è svolta così rapidamente che la supernova è stata osservata solo 10 ore dopo l'esplosione. L'emissione di raggi X rilevata con Swift è durata solo cinque giorni e poi è completamente scomparsa.

"Nel mondo dei transitori, dobbiamo scoprire le cose molto, molto velocemente prima che sbiadiscano, " disse Margutti. "Inizialmente, nessuno cercava i raggi X. Daichi ha notato qualcosa e ci ha avvisato della strana comparsa di quelli che sembravano dei raggi X. Abbiamo guardato le immagini e ci siamo resi conto che c'era qualcosa. Era molto più luminoso di quanto chiunque avrebbe mai pensato. Non c'erano teorie preesistenti che prevedessero che i transienti ricchi di calcio sarebbero stati così luminosi nelle lunghezze d'onda dei raggi X".

"Il più ricco dei ricchi"

Mentre tutto il calcio viene dalle stelle, le supernove ricche di calcio hanno il pugno più potente. Le stelle tipiche creano lentamente piccole quantità di calcio bruciando elio per tutta la vita. supernove ricche di calcio, d'altra parte, produrre enormi quantità di calcio in pochi secondi.

"L'esplosione sta cercando di raffreddarsi, "Ha spiegato Margutti. "Vuole dare via la sua energia, e l'emissione di calcio è un modo efficiente per farlo."

Usando Keck, il team della Northwestern ha scoperto che SN 2019ehk ha emesso la maggior quantità di calcio mai osservata in un singolo evento astrofisico.

"Non era solo ricco di calcio, " Disse Margutti. "Era il più ricco dei ricchi".

Scoprire nuovi indizi

La breve luminosità di SN2019ehk ha raccontato a un altro una storia sulla sua natura. I ricercatori della Northwestern ritengono che la stella abbia rilasciato uno strato esterno di gas nei suoi ultimi giorni. Quando la stella è esplosa, il suo materiale si scontrò con questo strato esterno per produrre un brillante, esplosione energetica di raggi X.

"La luminosità ci dice quanto materiale ha versato la stella e quanto vicino quel materiale era alla stella, " disse Jacobson-Galan. "In questo caso, la stella ha perso una piccolissima quantità di materiale prima di esplodere. Quel materiale era ancora nelle vicinanze".

Sebbene il telescopio spaziale Hubble abbia osservato M100 negli ultimi 25 anni, il potente dispositivo non ha mai registrato la stella, che stava vivendo la sua evoluzione finale, responsabile di SN2019ehk. I ricercatori hanno utilizzato le immagini di Hubble per esaminare il sito della supernova prima che si verificasse l'esplosione e affermano che questo è un altro indizio sulla vera natura della stella.

"Probabilmente era una nana bianca o una stella massiccia di massa molto bassa, " Jacobson-Galan ha detto. "Entrambi sarebbero molto deboli."

"Senza questa esplosione, non sapresti che c'è mai stato qualcosa, " aggiunse Margutti. "Nemmeno Hubble poteva vederlo."