Questa immagine a luce visibile della Sloan Digital Sky Survey mostra la galassia a spirale NGC 7331, centro, dove gli astronomi hanno osservato l'insolita supernova SN 2014C . Le immagini dell'inserto provengono dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, che mostra una piccola regione della galassia prima dell'esplosione della supernova (a sinistra) e dopo di essa (a destra). Rosso, i colori verde e blu sono usati per bassi, raggi X di media e alta energia, rispettivamente. Credito:immagini a raggi X:NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al; Immagine ottica:SDSS
"Siamo fatti di roba da star, " disse l'astronomo Carl Sagan. Le reazioni nucleari avvenute nelle stelle antiche hanno generato gran parte del materiale che compone i nostri corpi, il nostro pianeta e il nostro sistema solare. Quando le stelle esplodono in morti violente chiamate supernovae, quegli elementi appena formati sfuggono e si diffondono nell'universo.
Una supernova in particolare sta sfidando i modelli degli astronomi su come le stelle che esplodono distribuiscono i loro elementi. La supernova SN 2014C ha cambiato radicalmente aspetto nel corso di un anno, apparentemente perché aveva buttato via molto materiale alla fine della sua vita. Questo non rientra in nessuna categoria riconosciuta di come dovrebbe avvenire un'esplosione stellare. Per spiegarlo, gli scienziati devono riconsiderare le idee consolidate su come le stelle massicce vivono la loro vita prima di esplodere.
"Questa 'supernova camaleontica' potrebbe rappresentare un nuovo meccanismo di come le stelle massicce forniscano elementi creati nei loro nuclei al resto dell'universo, " disse Raffaella Margutti, assistente professore di fisica e astronomia alla Northwestern University di Evanston, Illinois. Margutti ha condotto uno studio sulla supernova SN 2014C pubblicato questa settimana su Giornale Astrofisico .
Un mistero di supernova
Gli astronomi classificano le stelle che esplodono in base alla presenza o meno di idrogeno nell'evento. Mentre le stelle iniziano la loro vita con l'idrogeno che si fonde in elio, grandi stelle prossime alla morte di una supernova hanno esaurito l'idrogeno come combustibile. Le supernove in cui è presente pochissimo idrogeno sono chiamate "Tipo I". Quelli che hanno un'abbondanza di idrogeno, che sono più rari, sono chiamati "Tipo II".
Ma SN 2014C, scoperto nel 2014 in una galassia a spirale distante da 36 milioni a 46 milioni di anni luce, è diverso. Osservandolo in lunghezze d'onda ottiche con vari telescopi terrestri, gli astronomi hanno concluso che SN 2014C si era trasformata da una supernova di tipo I a una supernova di tipo II dopo il collasso del suo nucleo, come riportato in uno studio del 2015 condotto da Dan Milisavljevic presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Massachusetts. Le osservazioni iniziali non hanno rilevato idrogeno, ma, dopo circa un anno, era chiaro che le onde d'urto che si propagavano dall'esplosione stavano colpendo un guscio di materiale dominato dall'idrogeno all'esterno della stella.
Nel nuovo studio, Il satellite NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) della NASA, con la sua capacità unica di osservare le radiazioni nella gamma di energia dei raggi X duri, i raggi X a più alta energia, ha permesso agli scienziati di osservare come la temperatura degli elettroni accelerati dallo shock della supernova è cambiata nel tempo. Hanno usato questa misurazione per stimare la velocità con cui la supernova si è espansa e quanto materiale c'è nel guscio esterno.
Questa immagine dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA mostra la galassia a spirale NGC 7331, centro, in un'immagine a raggi X a tre colori. Rosso, i colori verde e blu sono usati per bassi, raggi X di media e alta energia, rispettivamente. Un'insolita supernova chiamata SN 2014C è stata avvistata in questa galassia, indicato dal riquadro in Figura 1. Crediti:NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al
Per creare questa shell, SN 2014C ha fatto qualcosa di veramente misterioso:ha espulso molto materiale, principalmente idrogeno, ma anche elementi più pesanti, decenni o secoli prima di esplodere. Infatti, la stella ha espulso l'equivalente della massa del sole. Normalmente, le stelle non buttano via materiale così tardi nella loro vita.
"Espellere questo materiale in età avanzata è probabilmente un modo in cui le stelle danno elementi, che producono durante la loro vita, tornare nel loro ambiente, " disse Margutti, un membro del Centro per l'esplorazione interdisciplinare e la ricerca in astrofisica della Northwestern.
Gli osservatori Chandra e Swift della NASA sono stati utilizzati anche per dipingere ulteriormente il quadro dell'evoluzione della supernova. La raccolta di osservazioni ha mostrato che, sorprendentemente, la supernova si è illuminata ai raggi X dopo l'esplosione iniziale, dimostrando che ci deve essere un guscio di materiale, precedentemente espulso dalla stella, che le onde d'urto avevano colpito.
Sfidare le teorie esistenti
Perché la stella dovrebbe emettere così tanto idrogeno prima di esplodere? Una teoria è che manca qualcosa nella nostra comprensione delle reazioni nucleari che si verificano nei nuclei di massicci, stelle soggette a supernova. Un'altra possibilità è che la stella non sia morta da sola:una stella compagna in un sistema binario potrebbe aver influenzato la vita e la morte insolita del capostipite di SN 2014C. Questa seconda teoria si adatta all'osservazione che circa sette stelle massicce su 10 hanno compagne.
Lo studio suggerisce che gli astronomi dovrebbero prestare attenzione alla vita delle stelle massicce nei secoli prima che esplodano. Gli astronomi continueranno anche a monitorare le conseguenze di questa sconcertante supernova.
"L'idea che una stella possa espellere una così grande quantità di materia in un breve intervallo è completamente nuova, " ha detto Fiona Harrison, Investigatore principale NuSTAR con sede al Caltech di Pasadena. "Sta sfidando le nostre idee fondamentali su come si evolvono le stelle massicce, e alla fine esplodere, distribuendo gli elementi chimici necessari per la vita."
