Quando due stelle si avvicinano, si scontrano e si fondono, esplodono in una nova rossa luminosa (Lrn o luminous red nova in inglese). Un faro luminoso ma transiente, a metà fra una semplice nova e una prorompente supernova. Fra i maggiori esperti nello studio di questi particolari oggetti astrofisici c’è un gruppo di ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) che, negli ultimi anni, ha raccolto numerosi esemplari in galassie esterne alla Via Lattea. E che, ultimamente, è riuscito a rispondere a una fondamentale domanda: che cosa rimane dopo, quando la nova rossa luminosa si spegne e le due stelle sono diventate un unico oggetto? Una stella simile a una supergigante rossa, scrivono in un articolo disponibile su Astronomy & Astrophysics.

Immagine a falsi colori infrarossi, creata combinando immagini dal James Webb Space Telescope a diverse lunghezze d’onda. Vediamo la galassia a spirale Ngc 4490, a 30 milioni di anni luce di distanza. L’immagine copre solo una piccola area di cielo (pari a un settimo del diametro della Luna piena). Il riquadro bianco sulla sinistra è centrato sulla sorgente Lrn At 2011kp, osservata 12 anni dopo l’evento di coalescenza che l’ha generata. La sorgente è stata zoommata nel riquadro a destra, come indicato dal marcatore verde. A differenza delle stelle normali, che appaiono di colore blu, questa sorgente appare di colore più rosso, poiché la sua emissione è dominata da quella della polvere nelle immediate vicinanze, generata dal materiale espulso dal violento scontro tra le due stelle. Crediti: A. Reguitti, A. Adamo/Nasa/Esa/Csa

La maggior parte dei fenomeni astrofisici evolve in un arco di tempo di migliaia, se non milioni, di anni. Esistono alcuni fenomeni, però, come l’esplosione di una supernova o la fusione (merging in inglese) fra buchi neri o stelle di neutroni, che si sviluppano in periodi inferiori alla durata della vita umana (da millisecondi a decenni) e offrono agli studiosi la possibilità di assistere “in diretta” alla loro evoluzione. In gergo vengono chiamati “fenomeni transienti” e anche gli scontri fra stelle rientrano in questa categoria.

«Normalmente non possiamo assistere all’evoluzione di un sistema che avviene in milioni di anni, ma queste coppie di stelle stanno vivendo gli ultimi istanti prima dello scontro, che invece avviene in tempi molto più rapidi», spiega Andrea Reguitti, ricercatore all’Inaf e primo autore dello studio. «Il transiente che ne consegue, infatti, ha tempi evolutivi comparabili con quelli di una supernova, ovvero di alcuni mesi».

Andrea Reguitti, ricercatore dell’Inaf di Padova presso la sede di Padova. Crediti: Inaf/R. Bonuccelli

L’oggetto in questione – la Lrn, appunto – rientra nella famiglia dei transienti ottici di luminosità intermedia: si osserva nella luce visibile , nella fase più brillante ha una luminosità intermedia tra quella delle nove classiche e delle supernove, ed è il risultato dello scontro e fusione di due stelle ordinarie, che possono avere masse in un intervallo molto ampio, da più piccole del Sole fino a 50 volte più massicce.

Nel loro studio, Reguitti e i suoi colleghi hanno selezionato nove di questi transienti, ma solo per due di essi sono riusciti a scrivere l’intera storia: At 2011kp, che hanno ritrovato 12 anni dopo la fusione, e At 1997bs, che hanno ritrovato addirittura 27 anni dopo.

«In alcuni casi, analizzando immagini d’archivio dei principali telescopi spaziali prese anni prima dell’evento, è stato possibile individuare il progenitore, ossia studiare il sistema così com’era prima di fondersi, e capire dunque quali tipi di stelle fossero coinvolte», continua Reguitti. «Tuttavia, fino a ora non si sapeva che tipo di stella sarebbe rimasta dopo la coalescenza».

Per riuscirci, è necessario innanzitutto aspettare diversi anni dopo l’apparizione di un Lrn prima che il sistema si assesti. Occorre poi osservarlo con un telescopio spaziale in grado di individuare le singole stelle in altre galassie. E, infine, effettuare osservazioni in infrarosso. Le Lrn, infatti, in seguito allo scontro fra le due stelle producono molta polvere, che ha l’effetto di oscurare ciò che resta del sistema in luce ottica,  mantenendolo visibile solo in infrarosso. Queste ultime due condizioni richiedono capacità che, a oggi, hanno un nome preciso e insostituibile: il James Webb Space Telescope. Ed è infatti proprio nei dati pubblici di Webb che gli autori hanno ritrovato i due sistemi molti anni dopo il loro impatto, utilizzando immagini del 2023 e del 2024 nel vicino e medio infrarosso. Oltre a questo, hanno cercato immagini del telescopio spaziale Hubble nel visibile e del telescopio spaziale Spitzer.

Le novae rosse luminose sono le “esplosioni”, i transienti luminosi generati dall’energia liberata dallo scontro. Durante la fase più brillante del transiente Lrn, si osserva materiale eiettato dall’esplosione, che, essendo denso, caldo e luminoso, impedisce di vedere cosa c’è sotto. Ma, aspettando un tempo sufficiente e osservando nel vicino infrarosso, dove il risultato della fusione rimane visibile, per la prima volta il gruppo padovano è riuscito a osservare cosa diventano due stelle quando si fondono: qualcosa di molto simile a una supergigante rossa. Un oggetto molto grande, con un raggio centinaia di volte quello del Sole, che, se posto al centro del Sistema solare, sfiorerebbe l’orbita di Giove e, allo stesso tempo, freddo rispetto alle stelle ordinarie, con una temperatura superficiale di appena 3500-4000 kelvin (in confronto, il Sole arriva a quasi 6000 kelvin).

«Non ci aspettavamo di trovare questo tipo di oggetti come risultato della fusione», commenta Andrea Pastorello, ricercatore dell’Inaf e coautore dell’articolo. «Ci si sarebbe aspettato, piuttosto, che il sistema, passando da due stelle di una certa massa a una singola con una massa quasi pari alla somma delle due (al netto del materiale espulso dallo scontro), si sarebbe stabilizzato su una sorgente più calda e compatta».

Oltre ad aver trovato il prodotto dello scontro, grazie al telescopio spaziale Webb i ricercatori sono anche riusciti ad analizzare la composizione chimica della polvere che circonda il sistema dopo lo scontro. Trovando che è fatta principalmente di composti del carbonio, del tipo grafite o carbonio amorfo, e non di silicati come ci si attenderebbe in ambienti ricchi di ossigeno. Ogni evento produce circa un millesimo di massa solare di polvere, ovvero circa 300 volte la massa della Terra. Appena un centesimo rispetto alla polvere prodotta dalle supernove, ma se si considera che le Lrn sono molto più frequenti, si scopre che possono contribuire alla formazione cosmica della polvere quasi tanto quanto le supernove. Questa polvere viene poi dispersa nello spazio e, dopo migliaia o milioni di anni, finisce in una nebulosa ricca di gas, dalla quale può formarsi una nuova stella con nuovi pianeti.

«Noi siamo fatti di composti del carbonio, lo stesso di cui è ricca questa polvere. È un modo diverso di raccontare la vecchia storiella che siamo “polvere di stelle”», conclude Reguitti.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The fate of the progenitors of luminous red novae: Infrared detection of LRNe years after the outburst”, di A. Reguitti, A. Pastorello, G. Valerin

Il telescopio spaziale James Webb della Nasa continua a battere primati, rivelando il più grande flusso di gas surriscaldato finora conosciuto nell’universo, espulso da una galassia chiamata VV 340a. La scoperta, realizzata da un team dell’Università della California a Irvine, è stata pubblicata la scorsa settimana sulla rivista Science.

Si tratta di una galassia che erutta gas da entrambi i lati sotto forma di due nebulose allungate, un fenomeno prodotto dall’attività di un buco nero supermassiccio situato nel suo nucleo. Analizzando i dati del telescopio Webb, il team ha scoperto che ciascuna nebulosa si estende per almeno tre kiloparsec (un parsec equivale a circa 30mila miliardi di chilometri). Nella maggior parte delle galassie, questo tipo di gas altamente energetico resta confinato entro poche decine di parsec dal buco nero centrale. In VV 340a, invece, raggiunge distanze superiori di almeno un fattore 30.

Rappresentazione artistica di un getto in precessione che erutta dal buco nero supermassicio al centro della galassia VV 340a. Crediti: W. M. Keck Observatory / Adam Makarenko

Le osservazioni nelle onde radio condotte con il Karl G. Jansky Very Large Array, vicino a San Agustin, nel New Mexico (Usa), hanno rilevato la presenza di una coppia di getti di plasma su larga scala che emergono dai due lati della galassia. Gli astronomi sanno che tali getti, capaci di energizzare gas surriscaldato ed espellere materiale dalla galassia, si formano quando temperature estreme e intensi campi magnetici accompagnano il gas che precipita nel buco nero supermassiccio attivo. Una volta espulsi, i getti disegnano una struttura elicoidale, segno di un fenomeno noto come “precessione del getto” che descrive il cambiamento del suo orientamento nel tempo, in modo simile all’oscillazione di una trottola in rotazione.

Il team suggerisce che, propagandosi verso l’esterno, i getti si accoppino con il materiale della galassia ospite, spingendolo lontano dal nucleo ed eccitandolo fino a stati altamente energetici. L’energia coinvolta è enorme, equivalente all’esplosione di dieci miliardi di miliardi di bombe all’idrogeno ogni secondo. In questo processo si forma il cosiddetto gas a linee coronali, un plasma caldo e altamente ionizzato che è quasi sempre associato alle regioni interne dei buchi neri supermassicci attivi e che solo raramente viene osservato al di fuori delle galassie.

Le osservazioni effettuate dalle Hawaii con il telescopio Keck II hanno inoltre permesso di individuare una quantità ancora maggiore di gas, che si estende fino a 15 kiloparsec (50mila anni luce) dal buco nero. Secondo gli autori, questo gas più freddo rappresenta una sorta di “documento fossile” della storia dell’interazione tra i getti e la galassia, residuo di precedenti episodi di espulsione di materiale dal nucleo.

La combinazione dei dati raccolti da diversi strumenti – tra cui, appunto, il telescopio spaziale Webb e il Keck II – ha così consentito di studiare la struttura di gas coronale più estesa e coerente mai osservata finora. Le stime indicano che VV 340a sta perdendo una quantità di gas sufficiente a formare ogni anno circa 19 stelle come il Sole, un processo che limita in modo significativo la formazione stellare nella galassia, riscaldando e rimuovendo il materiale necessario alla nascita di nuove stelle.

Il prossimo passo per i ricercatori sarà quello di studiare altre galassie simili, per verificare se fenomeni analoghi siano comuni e per comprendere meglio come galassie come la Via Lattea potrebbero evolversi nel tempo.

Per saperne di più:

• Leggi su Science l’articolo “A precessing jet from an active galactic nucleus drives gas outflow from a disk galaxy” di J. A. Kadler, V. U et al.

Da dicembre 2021, quando il James Webb Space Telescope (Jwst) ha visto la prima luce a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, i ricercatori di tutto il mondo si interrogano sugli enigmatici puntini rossi che spiccano tra le galassie nelle immagini catturate dal telescopio. I cosiddetti little red dots (piccoli punti rossi) erano visibili quando l’universo aveva “solo” alcune centinaia di milioni di anni; circa un miliardo di anni dopo, però, sembrano essere scomparsi. Che cosa erano, dunque?

“I piccoli puntini rossi sono giovani buchi neri, cento volte meno massicci di quanto si pensasse in precedenza, avvolti in un bozzolo di gas, che stanno consumando per crescere. Questo processo genera un calore enorme, che traspare attraverso il bozzolo. Questa radiazione attraverso il bozzolo è ciò che conferisce ai piccoli puntini rossi il loro caratteristico colore rosso”, spiega Darach Watson. Crediti: Darach Watson/Jwst

Si è pensato fossero galassie massicce, abbastanza potenti da essere rilevate da Jwst 13 miliardi di anni dopo. Ma è molto strano che galassie così evolute fossero già presenti così presto nella storia cosmica. Ora, dopo due anni di analisi continua delle immagini con i piccoli punti rossi, i ricercatori del Cosmic Dawn Centre del Niels-Bohr Institute hanno trovato la spiegazione nel fenomeno più potente del nostro universo: i buchi neri.

«I piccoli punti rossi sono giovani buchi neri, cento volte meno massicci di quanto si credesse in precedenza, avvolti in un bozzolo di gas, che stanno consumando per ingrandirsi. Questo processo genera un calore enorme, che traspare attraverso il bozzolo. Questa radiazione attraverso il bozzolo è ciò che conferisce ai piccoli punti rossi il loro caratteristico colore rosso», afferma Darach Watson, ricercatore al Cosmic Dawn Center di Copenhagen e coautore dell’articolo che rivela la natura di questi oggetti, pubblicato oggi su Nature. «Sono molto meno massicci di quanto si credesse in precedenza, quindi non abbiamo bisogno di invocare tipologie di eventi completamente nuovi per spiegarli».

Attualmente sono noti centinaia di piccoli punti rossi. Sebbene siano tra i buchi neri più piccoli mai scoperti, hanno comunque una massa fino a 10 milioni di volte quella del Sole e un diametro di 10 milioni di chilometri.

I buchi neri inghiottono tutto ciò che si trova nelle loro vicinanze e crescono mentre lo divorano. Ma poiché l’orizzonte degli eventi dei buchi neri non è molto vasto, il gas in caduta si riscalda a temperature così elevate da brillare intensamente e rilasciare più energia di qualsiasi altro processo a noi noto. Questa intensa radiazione fa sì che gran parte della materia che il buco nero consuma venga espulsa.

La copertina dell’ultimo numero di Nature è dedicata a questa scoperta. Crediti: Darach Watson/Jwst

«Quando il gas cade verso un buco nero, si muove a spirale verso la superficie del buco nero, formando una sorta di disco o imbuto. Finisce per muoversi così velocemente e viene compresso così intensamente da generare temperature di milioni di gradi e illuminarsi intensamente. Ma solo una piccolissima quantità di gas viene inghiottita dal buco nero. La maggior parte viene espulsa dai poli durante la rotazione del buco nero. Ecco perché chiamiamo i buchi neri mangiatori disordinati», spiega Watson.

La nuova scoperta getta luce sulle fasi iniziali dell’evoluzione dei buchi neri e contribuisce a spiegare come, appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang, potessero già esistere buchi neri supermassicci con masse fino a un miliardo di volte quella del Sole. «Abbiamo catturato i giovani buchi neri nel mezzo della loro rapida crescita, in una fase che non avevamo mai osservato prima. Il denso bozzolo di gas che li circonda fornisce il carburante di cui hanno bisogno per crescere molto rapidamente», conclude Watson.

«L’articolo propone un interessante scenario fisico per spiegare le proprietà osservative della nuova, inaspettata popolazione di nuclei galattici attivi distanti scoperta da Jwst, inclusi i little red dots, e sembrerebbe confermare che questa nuova popolazione tracci le prime, rapidissime fasi di accrescimento dei buchi neri supermassicci», commenta a Media Inaf Roberto Gilli, astrofisico di Inaf Bologna, non direttamente coinvolto nello studio ma esperto conoscitore dell’argomento. «Sarà ora interessante verificare se tali oggetti sono presenti e abbondanti anche nell’universo vicino per capire con un maggior dettaglio quali sono i meccanismi che portano alla formazione dei buchi neri supermassicci, uno dei principali misteri dell’astrofisica extragalattica».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “Little red dots as young supermassive black holes in dense ionized cocoons” di V. Rusakov, Darach. Watson, G. P. Nikopoulos, Gabriel Brammer, R.Gottumukkala, T. Harvey, Kasper Elm Heintz, R. Damgaard, S. A. Sim, Albert. Sneppen, A. P. Vijayan, N.Adams, D. Austin, C. J. Conselice, C.M. Goolsby, Sune Toft, J. Witstok