Le stelle che esplodono generano spettacoli di luce drammatici. I telescopi a infrarossi come Spitzer possono vedere attraverso la foschia e dare un'idea migliore di quanto spesso si verificano queste esplosioni.

Penseresti che le supernove, l'agonia di stelle massicce e tra le più luminose, le esplosioni più potenti dell'universo, sarebbe difficile non vederle. Eppure il numero di queste esplosioni osservate nelle parti lontane dell'universo è molto al di sotto delle previsioni degli astrofisici.

Un nuovo studio che utilizza i dati dello Spitzer Space Telescope della NASA, recentemente in pensione, riporta il rilevamento di cinque supernovae, che passa inosservato alla luce ottica, non era mai stato visto prima. Spitzer ha visto l'universo alla luce infrarossa, che penetra attraverso le nuvole di polvere che bloccano la luce ottica, il tipo di luce che vedono i nostri occhi e che le supernove non oscurate irradiano più intensamente.

Per cercare supernove nascoste, i ricercatori hanno esaminato le osservazioni di Spitzer di 40 galassie polverose. (Nello spazio, polvere si riferisce a particelle simili a grani con una consistenza simile al fumo.) In base al numero che hanno trovato in queste galassie, lo studio conferma che le supernove si verificano effettivamente con la frequenza con cui gli scienziati si aspettano che avvengano. Questa aspettativa si basa sull'attuale comprensione degli scienziati di come si evolvono le stelle. Studi come questo sono necessari per migliorare tale comprensione, rafforzando o mettendo in discussione alcuni aspetti di esso.

"Questi risultati con Spitzer mostrano che i sondaggi ottici su cui ci affidiamo da tempo per rilevare le supernove mancano fino alla metà delle esplosioni stellari che si verificano nell'universo, " disse Ori Fox, uno scienziato dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland, e autore principale del nuovo studio, pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . "È un'ottima notizia che il numero di supernova che stiamo vedendo con Spitzer è statisticamente coerente con le previsioni teoriche".

La "discrepanza di supernova", cioè l'incoerenza tra il numero di supernova previste e il numero osservato dai telescopi ottici non è un problema nell'universo vicino. Là, le galassie hanno rallentato il loro ritmo di formazione stellare e sono generalmente meno polverose. Nei confini più lontani dell'universo, anche se, le galassie appaiono più giovani, produrre stelle a tassi più elevati, e tendono ad avere maggiori quantità di polvere. Questa polvere assorbe e disperde la luce ottica e ultravioletta, impedendogli di raggiungere i telescopi. Quindi i ricercatori hanno a lungo ragionato sul fatto che le supernove mancanti devono esistere e sono semplicemente invisibili.

"Poiché l'universo locale si è un po' calmato dai suoi primi anni di creazione di stelle, vediamo i numeri attesi di supernova con tipiche ricerche ottiche, " ha detto Fox. "La percentuale di rilevamento di supernova osservata diminuisce, però, mentre ti allontani e torni alle epoche cosmiche in cui dominavano le galassie più polverose."

Rilevare supernova a queste distanze può essere difficile. Per eseguire una ricerca di supernova avvolte all'interno di regni galattici più oscuri ma a distanze meno estreme, Il team di Fox ha selezionato un insieme locale di 40 galassie soffocate dalla polvere, note come galassie infrarosse luminose e ultra-luminose (LIRG e ULIRG, rispettivamente). La polvere in LIRG e ULIRG assorbe la luce ottica da oggetti come le supernove, ma consente alla luce infrarossa di questi stessi oggetti di passare senza ostacoli per essere rilevata da telescopi come Spitzer.

L'intuizione dei ricercatori si è rivelata corretta quando le cinque supernove mai viste prima sono arrivate alla luce (infrarossa). "È una testimonianza del potenziale di scoperta di Spitzer il fatto che il telescopio sia stato in grado di captare il segnale di supernove nascoste da queste galassie polverose, " disse Volpe.

"È stato particolarmente divertente per molti dei nostri studenti universitari contribuire in modo significativo a questa entusiasmante ricerca, " ha aggiunto il coautore dello studio Alex Filippenko, professore di astronomia all'Università della California, Berkeley. "Hanno aiutato a rispondere alla domanda, 'Dove sono finite tutte le supernove?'"

I tipi di supernova rilevate da Spitzer sono noti come "supernovae con collasso del nucleo, " che coinvolgono stelle giganti con almeno otto volte la massa del Sole. Man mano che invecchiano e il loro nucleo si riempie di ferro, le grandi stelle non possono più produrre abbastanza energia per resistere alla propria gravità, e i loro nuclei crollano, improvvisamente e catastroficamente.

Le intense pressioni e temperature prodotte durante il rapido crollo formano nuovi elementi chimici attraverso la fusione nucleare. Le stelle che collassano alla fine rimbalzano sui loro nuclei ultra-densi, facendosi in mille pezzi e spargendo quegli elementi nello spazio. Le supernovae producono elementi "pesanti", come la maggior parte dei metalli. Questi elementi sono necessari per costruire pianeti rocciosi, come la Terra, così come gli esseri biologici. Globale, i tassi di supernova servono come un importante controllo sui modelli di formazione stellare e la creazione di elementi pesanti nell'universo.

"Se sai quante stelle si stanno formando, poi puoi prevedere quante stelle esploderanno, "disse Fox. "Oppure, vice versa, se sai quante stelle stanno esplodendo, puoi prevedere quante stelle si stanno formando. Comprendere questa relazione è fondamentale per molte aree di studio dell'astrofisica".

Telescopi di nuova generazione, tra cui il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA e il telescopio spaziale James Webb, rileverà la luce infrarossa, come Spitzer.

"Il nostro studio ha dimostrato che i modelli di formazione stellare sono più coerenti con i tassi di supernova di quanto si pensasse in precedenza, " disse Fox. "E rivelando queste supernove nascoste, Spitzer ha posto le basi per nuovi tipi di scoperte con il Webb e i telescopi spaziali romani".