Un team di astronomi guidato dall'Università dell'Arizona ha creato un'immagine tridimensionale dettagliata di una stella ipergigante morente. Il team, guidato dai ricercatori dell'UArizona Ambesh Singh e Lucy Ziurys, ha tracciato la distribuzione, le direzioni e le velocità di una varietà di molecole che circondano una stella ipergigante rossa nota come VY Canis Majoris.

Le loro scoperte, che hanno presentato il 13 giugno al 240° Meeting dell'American Astronomical Society a Pasadena, in California, offrono spunti, su scala senza precedenti, sui processi che accompagnano la morte delle stelle giganti. Il lavoro è stato svolto con i collaboratori Robert Humphreys dell'Università del Minnesota e Anita Richards dell'Università di Manchester nel Regno Unito. Il team prevede di pubblicare i risultati in una serie di documenti.

Le stelle supergiganti estreme conosciute come ipergiganti sono molto rare, con solo poche note per esistere nella Via Lattea. Gli esempi includono Betelgeuse, la seconda stella più luminosa nella costellazione di Orione, e NML Cygni, noto anche come V1489 Cygni, nella costellazione del Cigno. A differenza delle stelle con massa inferiore, che hanno maggiori probabilità di gonfiarsi una volta che entrano nella fase di gigante rossa ma generalmente mantengono una forma sferica, le ipergiganti tendono a subire sostanziali e sporadici eventi di perdita di massa che formano strutture complesse e altamente irregolari composte da archi, grumi e nodi.

Situata a circa 3.009 anni luce dalla Terra, VY Canis Majoris, o VY CMa, in breve, è una stella variabile pulsante nella costellazione leggermente meridionale del Canis Major. Con un'estensione compresa tra 10.000 e 15.000 unità astronomiche (con 1 AU come distanza media tra la Terra e il sole), VY CMa è forse la stella più massiccia della Via Lattea, secondo Ziurys.

"Pensalo come Betelgeuse sotto steroidi", ha detto Ziurys, un Regents Professor con incarichi congiunti presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UArizona e l'Osservatorio Steward, entrambi parte del College of Science. "È molto più grande, molto più massiccio e subisce violente eruzioni di massa ogni 200 anni circa."

Il team ha scelto di studiare VY CMa perché è uno dei migliori esempi di questo tipo di stelle.

"Siamo particolarmente interessati a ciò che le stelle ipergiganti fanno alla fine della loro vita", ha detto Singh, uno studente di dottorato del quarto anno nel laboratorio di Ziurys. "La gente pensava che queste stelle massicce si evolvessero semplicemente in esplosioni di supernove, ma non ne siamo più sicuri."

"Se così fosse, dovremmo vedere molte più esplosioni di supernove nel cielo", ha aggiunto Ziurys. "Ora pensiamo che potrebbero tranquillamente crollare in buchi neri, ma non sappiamo quali mettano fine alla loro vita in quel modo, o perché ciò accada e come".

Le precedenti immagini di VY CMa con il telescopio spaziale Hubble della NASA e la spettroscopia hanno mostrato la presenza di archi distinti e altri grumi e nodi, molti dei quali si estendono per migliaia di AU dalla stella centrale. Per scoprire maggiori dettagli sui processi attraverso i quali le stelle ipergiganti mettono fine alla loro vita, il team ha deciso di tracciare alcune molecole attorno all'ipergigante e mapparle su immagini preesistenti della polvere, scattate dal telescopio spaziale Hubble.

"Nessuno è stato in grado di creare un'immagine completa di questa stella", ha detto Ziurys, spiegando che il suo team ha deciso di comprendere i meccanismi attraverso i quali la stella perde massa, che sembrano essere diversi da quelli delle stelle più piccole che entrano nella loro fase di gigante rossa alla fine della loro vita.

"Non si vede questa bella perdita di massa simmetrica, ma piuttosto celle di convezione che soffiano attraverso la fotosfera della stella come proiettili giganti ed espellono massa in direzioni diverse", ha detto Ziurys. "Questi sono analoghi agli archi coronali visti al sole, ma un miliardo di volte più grandi."

Il team ha utilizzato l'Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, in Cile per tracciare una varietà di molecole nel materiale espulso dalla superficie stellare. Mentre alcune osservazioni sono ancora in corso, sono state ottenute mappe preliminari di ossido di zolfo, anidride solforosa, ossido di silicio, ossido di fosforo e cloruro di sodio. Da questi dati, il gruppo ha costruito un'immagine della struttura del deflusso molecolare globale di VY CMa su scale che comprendevano tutto il materiale espulso dalla stella.

"Le molecole tracciano gli archi nell'involucro, il che ci dice che le molecole e la polvere sono ben mescolate", ha detto Singh. "La cosa bella delle emissioni di molecole a lunghezze d'onda radio è che ci forniscono informazioni sulla velocità, al contrario dell'emissione di polvere, che è statica."

Spostando le 48 antenne radio di ALMA in diverse configurazioni, i ricercatori sono stati in grado di ottenere informazioni sulle direzioni e velocità delle molecole e mapparle attraverso le diverse regioni dell'involucro dell'ipergigante in modo molto dettagliato, anche correlandole a diversi eventi di espulsione di massa nel tempo .

L'elaborazione dei dati ha richiesto un lavoro pesante in termini di potenza di calcolo, ha affermato Singh.

"Finora, abbiamo elaborato quasi un terabyte da ALMA e continuiamo a ricevere i dati che dobbiamo passare per ottenere la migliore risoluzione possibile", ha affermato. "La semplice calibrazione e pulizia dei dati richiede fino a 20.000 iterazioni, che richiedono un giorno o due per ciascuna molecola."

"Con queste osservazioni, ora possiamo metterle sulle mappe del cielo", ha detto Ziurys. "Finora erano state studiate solo piccole porzioni di questa enorme struttura, ma non si può capire la perdita di massa e come muoiono queste grandi stelle a meno che non si guardi l'intera regione. Ecco perché abbiamo voluto creare un'immagine completa". + Esplora ulteriormente

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