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Ecco cosa diventano due stelle che si fondono
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
