Una stella rinnegata che esplode in una galassia lontana ha costretto gli astronomi a mettere da parte decenni di ricerca e concentrarsi su una nuova generazione di supernova che può annientare completamente la sua stella madre, senza lasciare alcun residuo. L'evento della firma, qualcosa che gli astronomi non avevano mai visto prima, può rappresentare il modo in cui le stelle più massicce dell'Universo, comprese le prime stelle, morire.

Il satellite Gaia dell'Agenzia spaziale europea (ESA) ha notato per primo la supernova, noto come SN 2016iet, il 14 novembre 2016. Tre anni di intense osservazioni di follow-up con una varietà di telescopi, compreso il telescopio Gemini North e il suo spettrografo multioggetto su Maunakea alle Hawaii, fornito prospettive cruciali sulla distanza e la composizione dell'oggetto.

"I dati Gemini hanno fornito uno sguardo più approfondito sulla supernova rispetto a qualsiasi altra nostra osservazione, " ha affermato Edo Berger dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e membro del team di ricerca. "Questo ci ha permesso di studiare SN 2016iet più di 800 giorni dopo la sua scoperta, quando si era attenuato a un centesimo della sua massima luminosità."

Chris Davis, direttore del programma presso la National Science Foundation (NSF), una delle agenzie di sponsorizzazione di Gemini, aggiunto, "Queste notevoli osservazioni dei Gemelli dimostrano l'importanza di studiare l'Universo in continua evoluzione. Cercando nei cieli eventi esplosivi improvvisi, osservandoli rapidamente e, altrettanto importante, poterli monitorare per giorni, settimane, mesi, e a volte anche gli anni sono fondamentali per ottenere il quadro completo. In pochi anni, Il Large Synoptic Survey Telescope di NSF scoprirà migliaia di questi eventi, e Gemini è ben posizionato per svolgere il cruciale lavoro di follow-up".

In questo caso, questo sguardo profondo ha rivelato solo una debole emissione di idrogeno nella posizione della supernova, prove che la stella progenitrice di SN 2016iet viveva in una regione isolata con pochissima formazione stellare. Questo è un ambiente insolito per una stella così massiccia. "Nonostante abbia cercato per decenni migliaia di supernovae, " ha ripreso Berger, "questo sembra diverso da qualsiasi cosa abbiamo mai visto prima. A volte vediamo supernovae che sono insolite sotto un aspetto, ma per il resto sono normali; questo è unico in ogni modo possibile."

SN 2016iet ha una moltitudine di stranezze, compresa la sua durata incredibilmente lunga, grande energia, impronte chimiche insolite, e ambiente povero di elementi più pesanti, per i quali non esistono analoghi evidenti nella letteratura astronomica.

"Quando ci siamo resi conto per la prima volta di quanto fosse assolutamente insolito SN 2016iet, la mia reazione è stata 'Whoa, qualcosa è andato terribilmente storto con i nostri dati?'", ha detto Sebastian Gomez, anche del Centro di Astrofisica e autore principale dell'indagine. La ricerca è pubblicata nel numero del 15 agosto di Il Giornale Astrofisico .

La natura insolita di SN 2016iet, come rivelato da Gemini e altri dati, suggeriscono che ha iniziato la sua vita come una stella con circa 200 volte la massa del nostro Sole, rendendola una delle esplosioni di una stella singola più massicce e potenti mai osservate. Prove crescenti suggeriscono che le prime stelle nate nell'Universo potrebbero essere state altrettanto massicce. Gli astronomi hanno predetto che se tali colossi mantengono la loro massa per tutta la loro breve vita (pochi milioni di anni), moriranno come supernove a instabilità di coppia, che prende il nome dalle coppie materia-antimateria formatesi nell'esplosione.

Le stelle più massicce terminano la loro vita in un evento esplosivo che vomita nello spazio materia ricca di metalli pesanti, mentre il loro nucleo collassa in una stella di neutroni o in un buco nero. Ma le supernove a instabilità di coppia sono una razza diversa. Il nucleo che collassa produce una copiosa radiazione di raggi gamma, portando a una produzione incontrollata di coppie di particelle e antiparticelle che alla fine innescano una catastrofica esplosione termonucleare che annienta l'intera stella, compreso il nucleo.

I modelli di supernove a instabilità di coppia prevedono che si verificheranno in ambienti poveri di metalli (termine degli astronomi per elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio), come le galassie nane e l'Universo primordiale, e l'indagine del team ha scoperto proprio questo. L'evento si è verificato a una distanza di un miliardo di anni luce in una galassia nana precedentemente non catalogata e povera di metalli. "Questa è la prima supernova in cui la massa e il contenuto di metallo della stella che esplode rientrano nell'intervallo previsto dai modelli teorici, " ha detto Gomez.

Un'altra caratteristica sorprendente è la posizione rigida di SN 2016iet. Le stelle più massicce nascono in densi ammassi di stelle, ma SN 2016iet ha formato in isolamento circa 54, 000 anni luce di distanza dal centro della sua galassia nana ospite.

"Come una stella così massiccia possa formarsi in completo isolamento è ancora un mistero, " ha detto Gomez. "Nel nostro vicinato cosmico locale, conosciamo solo poche stelle che si avvicinano alla massa della stella esplosa in SN 2016iet, ma tutti questi vivono in enormi ammassi con migliaia di altre stelle." Per spiegare la lunga durata dell'evento e la lenta evoluzione della luminosità, il team avanza l'idea che la stella progenitrice abbia espulso materia nell'ambiente circostante a una velocità di circa tre volte la massa del Sole all'anno per un decennio prima che la stella si gettasse nell'oblio. Quando alla fine la stella è esplosa, i detriti della supernova si sono scontrati con questo materiale alimentando l'emissione di SN 2016iet.

"La maggior parte delle supernove svaniscono e diventano invisibili contro il bagliore delle loro galassie ospiti entro pochi mesi. Ma poiché SN 2016iet è così brillante e così isolata, possiamo studiarne l'evoluzione per gli anni a venire, " ha detto Gomez. "L'idea di supernove a instabilità di coppia esiste da decenni, " disse Berger. "Ma finalmente avendo il primo esempio osservativo che mette una stella morente nel giusto regime di massa, con il comportamento giusto, e in una galassia nana povera di metalli è un incredibile passo avanti."

Non molto tempo fa, non si sapeva se tali stelle supermassicce potessero effettivamente esistere. La scoperta e le osservazioni di follow-up di SN 2016iet hanno fornito prove chiare della loro esistenza e del potenziale per influenzare lo sviluppo dell'Universo primordiale. "Il ruolo dei Gemelli in questa straordinaria scoperta è significativo, " ha detto Gomez, "in quanto ci aiuta a capire meglio come l'Universo primordiale si è sviluppato dopo i suoi "secoli bui" - quando non si è verificata alcuna formazione stellare - per formare lo splendore dell'Universo che vediamo oggi".