Molte stelle esplodono come supernovae luminose quando, gonfio con l'età, esauriscono il combustibile per la fusione nucleare. Ma alcune stelle possono diventare supernova semplicemente perché hanno una compagna vicina e fastidiosa che, un giorno, turba così tanto il suo partner che esplode.

Questi ultimi eventi possono verificarsi in sistemi stellari binari, dove due stelle tentano di condividere il dominio. Mentre la stella che esplode emette molte prove sulla sua identità, gli astronomi devono impegnarsi in un lavoro investigativo per conoscere il compagno errante che ha innescato l'esplosione.

Il 10 gennaio al meeting dell'American Astronomical Society 2019 a Seattle, un team internazionale di astronomi ha annunciato di aver identificato il tipo di stella compagna che ha fatto il suo partner in un sistema binario, una nana bianca carbonio-ossigeno, esplodere. Attraverso ripetute osservazioni di SN 2015cp, una supernova distante 545 milioni di anni luce, il team ha rilevato detriti ricchi di idrogeno che la stella compagna aveva versato prima dell'esplosione.

"La presenza di detriti significa che la compagna era una stella gigante rossa o una stella simile che, prima di far diventare la sua compagna una supernova, aveva versato grandi quantità di materiale, ", ha detto l'astronoma dell'Università di Washington Melissa Graham, che ha presentato la scoperta ed è l'autore principale del documento di accompagnamento accettato per la pubblicazione su The Giornale Astrofisico .

Il materiale della supernova ha colpito questa lettiera stellare al 10% della velocità della luce, facendolo brillare di luce ultravioletta che è stata rilevata dal telescopio spaziale Hubble e da altri osservatori quasi due anni dopo l'esplosione iniziale. Cercando prove di impatti di detriti mesi o anni dopo una supernova in un sistema stellare binario, il team crede che gli astronomi potrebbero determinare se la compagna fosse una gigante rossa disordinata o una stella relativamente pulita e ordinata.

Il team ha fatto questa scoperta come parte di uno studio più ampio su un particolare tipo di supernova noto come supernova di tipo Ia. Questi si verificano quando una stella nana bianca carbonio-ossigeno esplode improvvisamente a causa dell'attività di un compagno binario. Le nane bianche carbonio-ossigeno sono piccole, denso e, per le stelle, abbastanza stabile. Si formano dai nuclei collassati di stelle più grandi e, se lasciato indisturbato, può persistere per miliardi di anni.

Le supernove di tipo Ia sono state utilizzate per studi cosmologici perché la loro luminosità costante le rende ideali "fari cosmici, " secondo Graham. Sono stati usati per stimare il tasso di espansione dell'universo e sono serviti come prova indiretta dell'esistenza dell'energia oscura.

Eppure gli scienziati non sono sicuri di quali tipi di stelle compagne potrebbero innescare un evento di tipo Ia. Molte prove indicano che, per la maggior parte delle supernove di tipo Ia, il compagno era probabilmente un'altra nana bianca carbonio-ossigeno, che non lascerebbe detriti ricchi di idrogeno in seguito. Eppure i modelli teorici hanno dimostrato che stelle come le giganti rosse potrebbero anche innescare una supernova di tipo Ia, che potrebbe lasciare detriti ricchi di idrogeno che verrebbero colpiti dall'esplosione. Tra le migliaia di supernove di tipo Ia studiate fino ad oggi, solo una piccola frazione è stata successivamente osservata impattare con materiale ricco di idrogeno diffuso da una stella compagna. Osservazioni precedenti di almeno due supernove di tipo Ia hanno rilevato detriti incandescenti mesi dopo l'esplosione. Ma gli scienziati non erano sicuri che quegli eventi fossero eventi isolati, o segni che le supernove di tipo Ia potrebbero avere molti tipi diversi di stelle compagne.

"Tutta la scienza che è stata fatta fino ad oggi utilizzando le supernove di tipo Ia, compresa la ricerca sull'energia oscura e l'espansione dell'universo, si basa sul presupposto che sappiamo ragionevolmente bene cosa sono questi "fari cosmici" e come funzionano, " ha detto Graham. "È molto importante capire come si innescano questi eventi, e se solo un sottoinsieme di eventi di tipo Ia dovrebbe essere usato per certi studi di cosmologia."

Il team ha utilizzato le osservazioni del telescopio spaziale Hubble per cercare le emissioni ultraviolette di 70 supernove di tipo Ia circa da uno a tre anni dopo l'esplosione iniziale.

"Guardando anni dopo l'evento iniziale, stavamo cercando segni di materiale sconvolto che conteneva idrogeno, il che indicherebbe che il compagno era qualcosa di diverso da un'altra nana bianca carbonio-ossigeno, ", ha detto Graham.

Nel caso di SN 2015cp, una supernova rilevata per la prima volta nel 2015, gli scienziati hanno trovato quello che stavano cercando. Nel 2017, 686 giorni dopo l'esplosione della supernova, Hubble raccolse un bagliore ultravioletto di detriti. Questi detriti erano lontani dalla sorgente della supernova, almeno 100 miliardi di chilometri, o 62 miliardi di miglia, via. Per riferimento, L'orbita di Plutone lo porta a un massimo di 7,4 miliardi di chilometri dal nostro sole.

Confrontando SN 2015cp con le altre supernove di tipo Ia nella loro indagine, i ricercatori stimano che non più del 6% delle supernove di tipo Ia abbia un compagno di questo tipo. ripetuto, osservazioni dettagliate di altri eventi di tipo Ia aiuterebbero a cementare queste stime, ha detto Graham.

Il telescopio spaziale Hubble è stato essenziale per rilevare la firma ultravioletta dei detriti della stella compagna per SN 2015cp. Nell'autunno del 2017, i ricercatori hanno predisposto ulteriori osservazioni di SN 2015cp da parte del W.M. Osservatorio Keck alle Hawaii, il Karl G. Jansky Very Large Array nel New Mexico, il Very Large Telescope dell'European Southern Observatory e l'Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA, tra gli altri. Questi dati si sono rivelati cruciali nel confermare la presenza di idrogeno e sono presentati in un articolo di accompagnamento condotto da Chelsea Harris, un ricercatore associato presso la Michigan State University.

"La scoperta e il follow-up dell'emissione di SN 2015cp dimostra davvero come ci vogliono molti astronomi, e un'ampia varietà di tipi di telescopi, lavorare insieme per comprendere i fenomeni cosmici transitori, " ha detto Graham. "È anche un perfetto esempio del ruolo della serendipità negli studi astronomici:se Hubble avesse esaminato SN 2015cp solo un mese o due dopo, non avremmo visto niente".

Graham è anche senior fellow presso il DIRAC Institute dell'UW e analista scientifico presso il Large Synoptic Survey Telescope, o LSST.

"Nel futuro, come parte delle sue osservazioni regolarmente programmate, l'LSST rileverà automaticamente emissioni ottiche simili a SN 2015cp, dall'idrogeno impattato da materiale proveniente da supernovae di tipo Ia, " ha detto Graham. "Renderà il mio lavoro molto più facile!"