Quando una stella massiccia raggiunge la fine della sua vita, può esplodere come una supernova. Ma c'è un tipo unico di supernova molto più luminoso che stiamo appena iniziando a capire e che potrebbe rivelarsi utile per misurare l'universo.

Conosciute come supernovae superluminose, questi eventi sono in genere da 10 a 100 volte più luminosi di una normale supernova ma molto più rari. Finora ne abbiamo individuati circa 100, ma molti aspetti di questi eventi rimangono sfuggenti.

Perché sono molto più luminose delle normali supernove, Per esempio, e quali stelle le causano? Gli astronomi sperano di rispondere a queste e ad altre domande nei prossimi anni, con vari studi in corso per comprendere questi eventi come mai prima d'ora.

Formazione

Dott.ssa Ragnhild Lunnan dell'Università di Stoccolma, Svezia, è uno dei co-investigatori del progetto SUPERS, che sta cercando di capire quali stelle portano alla formazione di supernove superluminose. Con dozzine già trovate, il team sta costruendo la più grande raccolta di questi eventi nel tentativo di saperne di più su di essi.

"Seguendo l'evoluzione di queste supernove in una fase molto tardiva, puoi decodificare la loro (struttura), " ha detto. "Questo ti dice cose sulla stella che è esplosa, e forse come è esplosa."

Per trovare queste esplosioni, La dottoressa Lunnan e il suo team stanno facendo uso di una telecamera chiamata Zwicky Transient Facility (ZTF), parte dell'Osservatorio Palomar in California, NOI, per scrutare il cielo. È prevista una sola supernova per galassia per secolo, con solo uno in 1, 000 o anche uno su 10, 000 di quelli superluminosi. Ma guardando molte galassie contemporaneamente allo ZTF, è possibile individuare questi eventi.

Le supernove superluminose si trovano più spesso nelle galassie che formano stelle rispetto alle galassie più vecchie, il che significa che sono probabili esplosioni di giovani stelle, osserva il dottor Lunnan.

"Inoltre, li trovi molto spesso in galassie chimicamente primitive, chiamato bassa metallicità, e pensiamo che anche questo sia un indizio, " ha detto. "Pensiamo che siano associati a stelle molto massicce e povere di metallo. Ma oltre a ciò, non lo sappiamo davvero".

Nel 2018, La dottoressa Lunnan e il suo team hanno scoperto una supernova superluminosa con un gigantesco guscio di materiale intorno, che deve aver espulso negli ultimi anni della sua breve vita. "Quella scoperta (della conchiglia) è un altro indizio che le stelle devono essere molto massicce, " ha detto il dottor Lunnan.

Diventando una supernova

L'esatto processo che causa una supernova superluminosa è un'altra questione. Tipicamente, le stelle possono diventare supernova sia collassando indipendentemente, o condividere materiale con una piccola stella densa nota come nana bianca prima che avvenga un'esplosione, nota come supernova di tipo 1a. Ma cosa succede in un evento superluminoso?

Dr. Avishay Gal-Yam del Weizmann Institute of Science in Israele, coordinatore del progetto Fireworks, ha cercato di rispondere a questa domanda. Il progetto ha utilizzato osservazioni del cielo notturno da telecamere come la ZTF che hanno una cadenza rapida, nel senso che mostrano un evento poco dopo che si è verificato, studiare le esplosioni cosmiche.

In precedenza vedevamo le supernove solo circa due settimane dopo il loro verificarsi, ma le costanti osservazioni del cielo di ZTF ci permettono di vederli entro uno o due giorni. E questo è particolarmente utile per le supernove superluminose. Una normale supernova può illuminarsi e svanire in un periodo di settimane, ma una supernova superluminosa può durare parecchie volte di più, mentre raggiunge anche il suo picco di luminosità più lentamente.

"Si stanno evolvendo relativamente lentamente, " ha detto. "Il tempo affinché l'esplosione raggiunga il suo picco potrebbe essere un paio di mesi, a volte anche più a lungo. Quindi gli studi di questi oggetti non sono focalizzati su osservazioni rapide, ma piuttosto una campagna di follow-up continua che richiede mesi e talvolta anni."

Finora il dottor Gal-Yam e il suo team hanno pubblicato diversi studi, esaminando alcune delle teorie su come accadono questi eventi. Un'idea è che una supernova regolare si lasci dietro una stella di neutroni in rapida rotazione e altamente magnetizzata, chiamato magnetar, che funge da magnete gigante e pompa energia nell'esplosione della supernova.

Ma la teoria più favorita del dottor Gal-Yam è la stessa sostenuta dal dottor Lunnan:le stelle massicce che collassano sono la causa. "Cosa può generare così tanta energia che può alimentare emissioni così luminose, sia in termini di quantità di energia che per il lunghissimo periodo di tempo in cui l'emissione continua a verificarsi?" ha detto. "La (teoria) più intrigante è un'esplosione da una stella molto massiccia 100 volte più massiccia del sole".

Distanza

Mentre molte domande sulle supernove superluminose rimangono senza risposta, si stanno già dimostrando utili come indicatori di distanza nell'universo. Chiamate "candele standard, "Eventi luminosi come le supernove possono dirci quanto è lontana una particolare galassia poiché sappiamo quanto dovrebbero essere luminose.

"L'idea qui è una candela standard, un oggetto di nota luminosità, " ha detto il dottor Mark Sullivan, coordinatore del progetto SPCND che ha esaminato come eventi esplosivi come questo potrebbero essere utili per gli studi cosmologici. "Se riesci a trovarlo nel cielo e misurare quanto luminoso ci sembra essere sulla Terra, puoi dire quanto è lontano."

La luminosità delle supernove superluminose le rende particolarmente utili. Utilizzando l'indagine sull'energia oscura (DES), un rilevamento del cielo notturno utilizzando l'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile, Il dottor Sullivan e il suo team hanno scoperto più di 20 supernove superluminose in galassie fino a otto miliardi di anni luce dalla Terra, dandoci una nuova scala di distanza cosmica. "Abbiamo un nuovo set di dati di questi oggetti nell'universo lontano, " disse Sullivan.

Con un campione crescente di questi eventi, gli astronomi ora sperano di rispondere una volta per tutte a ciò che li causa. I prossimi telescopi come l'Osservatorio Vera C. Rubin in Cile potrebbero rivelarsi vitali, eseguire nuove ampie indagini del cielo notturno, e trovare più di questi oggetti che mai.

"Siamo davvero in quest'era in cui troviamo così tanti oggetti, anche cose rare, " ha detto il dottor Lunnan. "È molto divertente."