Gli astronomi hanno scoperto la nana bianca più piccola e massiccia mai vista. La cenere fumante, che si è formato quando due nane bianche meno massicce si sono fuse, è pesante, "impacchettare una massa maggiore di quella del nostro Sole in un corpo delle dimensioni della nostra Luna, "dice Ilaria Caiazzo, lo Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Theoretical Astrophysics al Caltech e autore principale del nuovo studio apparso sul numero del 1 luglio della rivista Natura . "Può sembrare controintuitivo, ma le nane bianche più piccole sono più massicce. Ciò è dovuto al fatto che le nane bianche non hanno la combustione nucleare che mantiene le stelle normali contro la loro stessa gravità, e la loro dimensione è invece regolata dalla meccanica quantistica."

La scoperta è stata fatta dallo Zwicky Transient Facility, o ZTF, che opera presso l'Osservatorio Palomar del Caltech; due telescopi Hawai'i-W. Osservatorio M. Keck su Maunakea, Hawai'i Island e University of Hawai'i Institute for Astronomy's Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) su Haleakala, Maui - ha contribuito a caratterizzare la stella morta, insieme al telescopio Hale da 200 pollici a Palomar, l'osservatorio spaziale europeo Gaia, e l'Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA.

Le nane bianche sono i resti crollati di stelle che una volta erano circa otto volte la massa del nostro Sole o più leggere. il nostro sole, Per esempio, dopo che si è gonfiato per la prima volta in una gigante rossa in circa 5 miliardi di anni, alla fine eliminerà i suoi strati esterni e si ridurrà in una nana bianca compatta. Circa il 97 percento di tutte le stelle diventa nane bianche.

Mentre il nostro Sole è solo nello spazio senza un partner stellare, molte stelle orbitano l'una intorno all'altra a coppie. Le stelle invecchiano insieme, e se sono entrambi meno di otto masse solari, entrambi si evolveranno in nane bianche.

La nuova scoperta fornisce un esempio di cosa può accadere dopo questa fase. La coppia di nane bianche, che girano l'uno intorno all'altro, perdono energia sotto forma di onde gravitazionali e alla fine si fondono. Se le stelle morte sono abbastanza massicce, esplodono in quella che viene chiamata una supernova di tipo Ia. Ma se sono al di sotto di una certa soglia di massa, si combinano insieme in una nuova nana bianca che è più pesante di entrambe le stelle progenitrici. Questo processo di fusione aumenta il campo magnetico di quella stella e ne accelera la rotazione rispetto a quella dei progenitori.

Gli astronomi dicono che la ritrovata minuscola nana bianca, denominato ZTF J1901+1458, ha preso quest'ultimo percorso di evoluzione; i suoi progenitori si sono fusi e hanno prodotto una nana bianca 1,35 volte la massa del nostro Sole. La nana bianca ha un campo magnetico estremo quasi 1 miliardo di volte più forte di quello del nostro Sole e gira intorno al suo asse a un ritmo frenetico di una rivoluzione ogni sette minuti (la nana bianca più scattante conosciuta, chiamato EPIC 228939929, ruota ogni 5,3 minuti).

"Abbiamo catturato questo oggetto molto interessante che non era abbastanza massiccio da esplodere, "dice Caiazzo. "Stiamo davvero sondando quanto possa essere massiccia una nana bianca".

Cosa c'è di più, Caiazzo e i suoi collaboratori pensano che la nana bianca fusa possa essere abbastanza massiccia da evolversi in una stella morta ricca di neutroni, o stella di neutroni, che si forma tipicamente quando una stella molto più massiccia del nostro Sole esplode in una supernova.

"Questo è altamente speculativo, ma è possibile che la nana bianca sia abbastanza massiccia da collassare ulteriormente in una stella di neutroni, — dice Caiazzo. — È così massiccio e denso che, nel suo nucleo, gli elettroni vengono catturati dai protoni nei nuclei per formare neutroni. Poiché la pressione degli elettroni spinge contro la forza di gravità, mantenendo intatta la stella, il nucleo collassa quando viene rimosso un numero sufficiente di elettroni."

Se questa ipotesi di formazione di stelle di neutroni è corretta, può significare che una parte significativa di altre stelle di neutroni prende forma in questo modo. La vicinanza del nuovo oggetto (a circa 130 anni luce di distanza) e la sua giovane età (circa 100 milioni di anni o meno) indicano che oggetti simili possono verificarsi più comunemente nella nostra galassia.

Magnetico e veloce

La nana bianca è stata avvistata per la prima volta dal collega di Caiazzo Kevin Burdge, uno studioso post-dottorato al Caltech, dopo aver cercato tra le immagini di tutto il cielo catturate da ZTF. Questa particolare nana bianca, se analizzato in combinazione con i dati di Gaia, si distingueva per essere molto massiccio e avere una rotazione rapida.

"Nessuno è stato in grado di esplorare sistematicamente fenomeni astronomici a breve termine su questo tipo di scala fino ad ora. I risultati di questi sforzi sono sorprendenti, "dice Burge, chi, nel 2019, ha guidato la squadra che ha scoperto una coppia di nane bianche che sfrecciavano l'una intorno all'altra ogni sette minuti.

Il team ha quindi analizzato lo spettro della stella utilizzando lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) dell'Osservatorio Keck. e fu allora che Caiazzo fu colpita dalle firme di un campo magnetico molto potente e si rese conto che lei e il suo team avevano trovato qualcosa di "molto speciale, " come dice lei. La forza del campo magnetico insieme alla velocità di rotazione di sette minuti dell'oggetto indicava che era il risultato di due nane bianche più piccole che si univano in una.

Dati da Swift, che osserva la luce ultravioletta, aiutato a definire le dimensioni e la massa della nana bianca. Con un diametro di 2, 670 miglia, ZTF J1901+1458 si assicura il titolo per la più piccola nana bianca conosciuta, eliminando i precedenti detentori del record, RE J0317-853 e WD 1832+089, che hanno ciascuno un diametro di circa 3, 100 miglia.

Nel futuro, Caiazzo spera di usare ZTF per trovare più nane bianche come questa, e, generalmente, studiare la popolazione nel suo insieme. "Ci sono così tante domande da affrontare, come qual è il tasso di fusioni di nane bianche nella galassia, ed è sufficiente per spiegare il numero di supernove di tipo Ia? Come viene generato un campo magnetico in questi potenti eventi, e perché c'è una tale diversità nell'intensità del campo magnetico tra le nane bianche? Trovare una vasta popolazione di nane bianche nate da fusioni ci aiuterà a rispondere a tutte queste domande e altro ancora".