“Siamo polvere di stelle” 5/5_4tcd – Evoluzione stellare: danze turbolente catastrofiche

È in corso la migrazione dei post dal precedente blog; per vedere i post non ancora migrati visita la Presentazione. Grazie.

5/5_4tcd – Turbulence Catastrophic Dances: che l’Universo sia fermo e tranquillo è solo un’illusione anche molto convincente guardando il cielo stellato, in realtà oltre a spazi sconfinati apparentemente “vuoti”, là fuori è tutto vivo dinamico caotico stupefacente

rappresentazione artistica, credits: Robin Dienel – Carnegie Institution for Science

Avvertenze: questo post non ha alcuna pretesa di essere esaustivo sull’argomento, ci mancherebbe! Qui trovi solo una micro selezione di scoperte degli ultimi anni, un collage di contributi di divulgatori, giornalisti scientifici, astronomi, astrofili, quanto basta per cominciare ad avere una vaga idea… ma di esempi ce ne sono ancora a centinaia, per tutti i gusti e i palati più esigenti, fidati! Qui trovi questa selezione e una sintesi di ciascuna scoperta, ma se vuoi approfondire ciascun argomento non hai che da andare negli articoli specifici alla fine del post per capire ancora meglio.

Cosa trovi in questo post 4tcd?

L’Indice di riferimento, per avere un’idea di cosa propone il post, con 2 modalità:
A) puoi proseguire e gustarti la storia tutta d’un fiato
B) puoi cliccare sui singoli capitoli che ti interessano ed essere fiondato direttamente lì senza sforzo alcuno; a questo punto puoi continuare a leggere oppure cliccare sul richiamo all’indice “Ti sei perso?” (che trovi appena sopra ad ogni capitolo) e tornare immediatamente qui per scegliere un altro capitolo, a tuo totale piacimento, sentiti libero di giocare…

5/5_4tcd – Introduzione
* il VUOTO
* Sconfinati immensi spazi “vuoti” e silenziosi…

* Danze in coppia o in gruppo
* Attenzione, non farti ingannare: dinamica dei sistemi binari
* Il nostro enorme Sole… è solo una medio-piccola Nana Gialla
* Astronomia multimessaggero – La nuova Era
* Onde Gravitazionali
…e ora, si aprano le Danze!
Trasformismo ed eclettismo delle Nane Bianche
4 possibili destini + 1 fase intermedia
1. Nana Bianca solitaria in noioso pensionamento PN
int. Nana Bianca in varie occasionali “luci della ribalta” Nòva
2. Nana Bianca che risorge per trasformarsi in Stella di Neutroni SN I
3. “Meglio un giorno da leoni”, la disintegrazione totale! SN Ia
4. Nana Bianca che sopravvive all’esplosione SN Iax“Zombie”
Nane Bianche e massa critica
La Nòva – fiammata dovuta a fusione nucleare
La Gigante Rossa che diventa Nana Bianca
Nòvae classiche
Nòva Nana
Supernova (SN)? Mica ce n’è una sola!
SN II: morte di una stella massiccia (oltre 8 MS)
SN I: Nana Bianca che collassa in Stella di Neutroni
SN Ia: Nana Bianca completamente disintegrata!
SN Iax: la Nana Bianca che sopravvive – “Stella Zombie”
SN superLuminose SNSLe
SN a cattura elettronica
SN a instabilità di coppia pulsazionale PPI SN
FBOT – Fast Blue Optical Transients
Bene… continuano le Danze!
Vampirismo cosmico
– Nana Bianca + Subnana calda – “Sistema Nòva”
Nana Bianca + Gigante Rossa – “Sistema Nòva”
– Nana Bianca + Gigante Rossa – “Nòva Ricorrente e Simbiotica”
Stella di Neutroni + Gigante RossaSyXB “Sist.Bin.Simbiotico a Raggi X”
SMBH + stella ordinaria – Binarie a raggi X
SMBH + Supergigante Blu VariabileCygnus-X1BH flash
Attenzione: mica i vampiri sono solo Nane Bianche, BH o NS
– Vampira gigante calda e blu
“Vagabonde Blu”

Cannibalismo cosmico: stalker e killer
Pulsar “Redback” + Nana – “Sistema Binario a Eclisse”
Smbh + Stella di Neutroni
Pulsar “Redback” + stella ordinaria
Smbh “Old Faithful” + Gigante
È possibile che una stella inghiotta un BH o una NS?
– Oggetto ultracompatto + stella (Involucro Comune CE)
“Lifting stellare”
delle Vagabonde Blu
Anomalìe? Fanno progredire la Ricerca Astronomica
Coppie di Nane Bianche vicinissime e velocissimeSist.Bin. Corto Periodo
Coppie di Nane Bianche di bassa massaSist.Bin. Ultra-compatti

Lb-1 – SMBH Monstre!
Il Quasar più massiccio e antico – Pōniuāʻena
Coppie strane
Nana Bianca + stella ordinaria più massiccia di lei Variabili Cataclismiche
Nane Bianche di massa simile
Pulsar ultrapesante + Nana ultraleggeraalla distanza Terra-Luna in orbita flash
Stella ordinaria deformata A GOCCIA da Nana Rossa
Astronomia multimessaggero: fusioni di ultracompatti e onde gravitazionali

– Kilonòva = merging
– Stella di Neutroni + Stella di Neutroni = Kilonòva
– INAF, Istituto Nazionale di Astrofisica – orgoglio italiano !
– Onde gravitazionali anche da coppie miste
Sezione Màgnetar

Màgnetar + Supergigante – Sistema Binario a Raggi Gamma
Màgnetar – MAGNETic stARcampo magnetico senza eguali, ma vita breve
– altre possibilità per far nascere Màgnetar
– AXP – “Anomal X Pulsar” – Màgnetar di classe inferiore
– Terremoto Màgnetar
– Màgnetar esplosa a 50.000 Anni Luce

Scegli: mostro “magnetico” o mostro di oscurità?
Supergigante + Supergigante – Sistema Binario Super-Compatto
– Oppure, semplicemente, Body Building!

A volte sopravvivono
– Stella di Neutroni + SMBH o Kerr rapido
– Nana Bianca in SN Iax

IMBH invisibili dal profilo basso, clandestini
– IMBH + Stella ordinaria
– IMBH ingoia Stella
Galassie: merger (fusione)
– Smbh + Smbh =
“Problema del Parsec Finale”Quando la distanza conta
– Smbh + Smbh =
“Core scouring”fusione che inaridisce e sterilizza
Quasar doppio

SMBH + SMBH = IMBH
Calcio gravitazionale
Un bel calcio dall’esplosione! – Cannonball pulsar
Anche un Buco Nero non è immune da un calcio, che credevi?!rSmbh
Domande e curiosità
*
A volte la danza può essere romantica

* Nane Bianche longeve: orologi ingannevoli
* Ma quanta fame hai!
* Ma i Buchi Neri “quieti o dormienti come li scoprono?
* Parole chiave: “turbolenza” e “Riconnessione magnetica”

* Come possono Buchi Neri e Stelle di Neutroni brillare così intensamente di luce?!
* Centro Galattico prezioso
* Centro di ogni ammasso di galassie! – Smbh e rSmbh
* I Buchi Neri crescono tutti allo stesso modo?
* I più vicini a noi (Cygnus X-1, SMBH in sistema triplo, L’Unicorno, Mrk 231)
Il mostro astronomico più spaventoso di tutti… alla fine può evaporare?!?
Estinzione di massa
Come si fa a non restare
Dizionario- Legènda
Link utili e ringraziamenti

Ora, prima di passare alle danze vere e proprie, alcune introduzioni su argomenti preliminari che aiutano la comprensione:
– il Vuoto
– dinamica dei sistemi binari
– Astronomia multimessaggero
– onde gravitazionali
– Nane Bianche
– Nòvae
– Supernòvae

4^ tappa, la penultima:

Ah, mettiti pure comodo con le patatine o i popcorn, che qui c’è da divertirsi proprio! Se hai tempo e niente distrazioni puoi leggerlo tutto d’un fiato, ma sappi che è lungo, sembra non finire mai!

un po’ di autoironia non guasta…

Altrimenti, se vuoi andare solo sugli argomenti che ti interessano, basta che clicchi sulle voci relative dell’INDICE cliccabile ed il gioco è fatto! Più comodo di così!

Mentre il telescopio spaziale James Webb (JWSP), partito esattamente il giorno di Natale 25/12/2021, sta proprio in questi giorni viaggiando per raggiungere la sua destinazione nel punto orbitale L2 (Lagrange) e sta lentamente preparandosi a diventare operativo con una sequenza lunghissima e complessa di procedure automatizzate (più di 170!)…

ricordo del momento del distacco in orbita del Telescopio Spaziale James Webb, che inizia il suo lungo viaggio verso L2 – diretta NASA

nell’attesa delle meraviglie che saprà regalarci, io spero di tenerti un po’ di compagnia anche con il mio piccolo ma “sudato” contributo, avvicinandoti un po’ di più agli incredibili oggetti di cui ti racconto.

elaborazione digitale di una rappresentazione artistica di Stella di Neutroni posizionata a scopo di paragone sul territorio dell’Alto Garda, dove viviamo. La foto è mia, scattata da Navene (Vr), vicino al confine tra Trentino e Veneto – credit elaborazione digitale Tiziana “Tirtha” Giammetta

Ricordi il messaggio che ho evidenziato nel precedente post, 5/5_3dt?

L’Universo TUTTO… è VIVO!
anche se sembra generalmente
silenzioso, immobile e vuoto!

Ti presento il VUOTO: estraneo e spietato Killer, al di là della rassicurante bassa Troposfera!

Come già avrai capito, lo spazio là fuori è un ambiente completamente diverso ed estremo rispetto a quanto siamo abituati qui sulla Terra: dovresti spingerti nelle zone più estreme del nostro pianeta per avere un’idea più realistica di quanto sia del tutto estraneo al nostro modo di vivere (deserti aridi, fondali oceanici, altezze vertiginose, zone ghiacciate…), e tuttavia proprio non basterebbe…

finché restiamo in bassa Troposfera siamo “al sicuro” dai pericoli che ci minacciano appena superati alcuni km di quota

non basterebbe, soprattutto perché devi considerare queste caratteristiche che cambiano completamente le carte in gioco e che sono oggetto di studio e ricerca da sempre:

  • niente atmosfera
    l’aria da respirare che ci è tanto preziosa e che diamo tanto per scontata quotidianamente (con la rarefazione dei gas sempre più significativa, là fuori trovi solo atomi lontanissimi tra loro, inservibili per noi).
    In 15 secondi, nel vuoto senza ossigeno, si ha la perdita di conoscenza.
    Non provare neanche a trattenere l’aria perché questo danneggerebbe i polmoni! Purtroppo là fuori non esiste niente da respirare!
  • pressione killer
    che nel giro di 30 secondi provoca il collasso cardiocircolatorio e una morte atroce:
    – ti fa bollire il sangue nelle vene provocando ictus e collasso (il fenomeno si chiama Ebullismo)
    bolle ed evapora tutta l’acqua che hai in corpo, la saliva in bocca, la lingua, facendo “micro-esplodere” le parti esposte e non protette dalla pelle elastica (cioè i capillari di occhi, naso, orecchie)

    fuoriesce l’aria da tutti gli orifizi, dai polmoni via bocca e naso, dalle orecchie, dall’anomentre gli organi interni pieni d’aria si espandono fino alla rottura (seni, polmoni, stomaco, intestino…)
    – l’azoto (N) disciolto nel flusso sanguigno vicino alla superficie della pelle si raccoglie in piccole bolle e queste bolle espandendosi fanno gonfiare il corpo anche fino al doppio
questo aspetto è tanto inquietante quanto affascinante

Pressione sanguigna: lo sapevi?
Notabene: se tu non lo sapessi, l’atmosfera terrestre in ogni istante preme addosso al tuo corpo da ogni direzione con un peso pari ad una colonna d’acqua, tieniti forte, di ben 10 metri! Non scherzo!
Per compensare tale forza senza esserne schiacciati, il cuore si è adattato a pompare sangue alla pressione di 1 atmosfera!
Puoi quindi facilmente immaginare cosa succede se improvvisamente, come nel vuoto in microgravità, la pressione esterna si annulla…

  • temperature estreme
    quelle record registrate sul nostro pianeta, in superficie e nell’aria appena sopra il terreno, cioè:
    – 67° C (= – 88,6° F) in Antartide e
    + 56° C (=132,8° F) nella “Valle della morte” in California
    non sono niente in confronto a quelle presenti nello spazio siderale:
    – 270,15° C (= – 454,27° F, +3 K, temperatura base, radiazione cosmica di Fondo)
    + fino ad oltre il milione di K (Corone stellari, lasciando perdere i dintorni di una Supernova…)

    Tuttavia in un ambiente rarefatto esse non corrispondono a quanto immagini poiché è la densità degli atomi a fare la differenza, nello spazio diventando temperatura cinetica.
    Per farti un esempio comprensibile, se ti dico che in termosfera, tra i 100 e i 400 km di quota, la temperatura può arrivare fino a 1.000° C tu ti immagini un inferno di fuoco, ma se guardi il cielo è evidente che la realtà non è questa, e il segreto sta proprio nella rarefazione dei gas. Temperatura “cinetica” quindi significa la temperatura che corrisponderebbe portando quel contesto fino alla superficie. Senza la protezione dell’atmosfera, nello spazio succede che la luce del Sole (radiazione elettromagnetica) fa una differenza abissale: senza adeguate protezioni, laddove ne sei colpito la tua temperatura può salire oltre i 150° C (302° F, 423 K), mentre al contrario in completa ombra la temperatura crolla oltre i -150° C (-238° F, 123 K).
a destra splendido scatto di Dario Orizio, “Perla del Sebino”, Facebook 8_11_2021

In ogni caso è più probabile morire congelati in quanto l’acqua del tuo corpo è un pessimo conduttore di calore, possiede un’alta capacità termica, sottrae calore in misura molto superiore di quanto non faccia l’aria. L’acqua in corpo diventa la tua peggior nemica!

Jack Nicholson in “Shining

Ti ricordo che il trasporto di calore avviene sulla Terra per conduzione (contatto tra due corpi) e per convezione (nei liquidi), sistemi che hanno bisogno di materia per verificarsi, quindi contatto tra gli scambiatori e mezzo per propagarsi.
Al contrario nel vuoto avviene solo per irraggiamento (emissioni di radiazioni).

  • radiazioni cosmiche e solari micidiali
    tali radiazioni non provocano danni immediatamente, ma dopo pochi minuti, infatti arrivano ad ucciderti prima la mancanza di pressione e di ossigeno
  • microgravità
    subisci sempre la gravità di un qualche oggetto astronomico, nel nostro caso la Terra oppure una luna o un altro pianeta, tutti intorno alla stella di riferimento, ma quando sei in orbita oppure nel vuoto dello Spazio sperimenti la microgravità, dove la tua forza peso diminuisce (non è mai 0 spaccato) mentre la massa rimane costante, la stessa forza peso in base al quale il nostro corpo si è evoluto e adattato sul nostro magnifico pianeta.
efficace infografica tratta dal blog Fisica di Javier Santaolalla

Così, fluttuando, subisci lo stesso effetto che colpisce tutti i corpi nel vuoto, e tutte le conseguenze deleterie sul tuo organismo, che aumentano quanto più a lungo è la permanenza in questo stato e richiedono costante attività fisica per essere contrastate – atrofizzazione dei muscoli, diminuzione della massa ossea, deterioramento della vista e alterazione della flora batterica intestinale (per non parlare degli aspetti psicologici e sociali)

A sinistra: Erica Amplo si pesa su una bilancia speciale: 58,2 kg qui sulla Terra, al museo Explorium di Dublino, e i pesi corrispettivi nel Sistema Solare – credit “La Tata Robotica A destra: astronauti in attività extra veicolare EVA – credit NASA

La Base Spaziale Internazionale, i suoi occupanti e tutti i satelliti in orbita (compreso il lontanissimo Webb che a fine gennaio 2021 si posizionerà nel punto L2) sono in realtà “in caduta libera” e un corpo che cade è come fosse privo di peso. Nel vuoto, la gravità fa sì che tutti gli oggetti cadano alla stessa velocità, la massa dell’oggetto non importa.

Che cos’è la Microgravità?“, Nasa

Tutto questo è, ovviamente, per la maggior parte di noi comuni mortali assolutamente incomprensibile, poiché qui tutto è veicolato da pressione e densità terrestri in troposfera: colori, aria, temperatura, odori, sapori, suoni, salute!

Nel precedente post ti ho presentato la fine delle stelle massicce e gli oggetti ultracompatti che ne derivano, insieme alle loro caratteristiche principali davvero uniche! Ma come avrai già ormai capito, non è mica tutto qui, anzi! Inoltre non è neanche tutto così lineare come potrebbe sembrare!

In realtà, come ti ho anticipato l’ultima volta, l’Universo TUTTO è:

  • dinamismo
  • caos
  • potenza
  • prepotenza (vedi cannibalismo e vampirismo cosmici)
  • competizione
  • esibizione di potere
  • grande talento in trasformismo ed illusionismo
  • grande variabilità ed eclettismo in manifestazioni ed espressioni

Sconfinati immensi spazi “vuoti” e silenziosi,
e poi zone turbolente e infernali

Attenzione, non fraintendermi, non voglio dire che dappertutto avvengono eventi catastrofici e di potenza inaudita

“Una pallottola spuntata”

… in effetti nello sconfinato Universo, la maggior parte delle stelle nasce e trascorre la propria vita nel “mezzo interstellare”, un ambiente tranquillo e relativamente vuoto.

Anche quando due stelle danzano insieme in un Sistema Binario, la vita è piuttosto tranquilla (fatta eccezione per il momento in cui litigano quando una delle due inizia a fare la prepotente). In seguito all’evento tutto torna tranquillo, se escludi il fatto che la vita prosegue in forme del tutto diverse, disintegrazione totale in polvere di gas oppure trasformazione in oggetti ultracompatti destinati poi ad altri percorsi o ad un altro finale catastrofico…

“Hubble Ultra Deep Field”, l’immagine è ciò che risulta racchiuso in quel minuscolo quadratino, piccola regione di spazio nella costellazione della Fornace, ed è composta dai dati raccolti da Hubble tra settembre 2003 e gennaio 2001 – credit NASA/ESAingrandisci, enlarge

In ogni caso è proprio in quegli eventi isolati di potenza inaudita che avvengono gli scambi più fecondi e prolifici del Cosmo, le più importanti trasformazioni.

Corso di Astronomia, Lezione 4: l’Universo violento, Daniele Gasparri

Danze in coppia o in gruppo

Ti ho anche anticipato che le interazioni che ho chiamato con licenza poetica “danze turbolente catastrofiche”, avvengono nella maggior parte dei casi in sistemi multipli con 2, 3, 4, 5 o addirittura 6 oggetti astronomici coinvolti, che orbitano un comune centro di massa che è il baricentro del sistema. Qui tuttavia presenterò praticamente quasi solo sistemi binari, quindi tra 2 oggetti.

Attenzione, non farti ingannare: la dinamica dei Sistemi Binari è tutt’altro che semplice o scontata!

Infatti Sistema binario non significa “semplice gioco a due”, può invece essere assai complesso, e una variabile importante è la distanza a cui orbitano i due oggetti (come vedrai anche nella sezione “condivisione dell’involucro comune CEE), ecco 2 esempi estremi:

1. Due residui stellari ultracompatti che continuano ad evolvere prima di scontrarsi

  • due stelle di neutroni (residui ultracompatti della morte di stelle massicce, che risultano avere un diametro medio di circa 20 km!) in sistema binario non scoppiano contemporaneamente, insieme, bensì prima una segue la sua evoluzione ed ha qualche burst (esplosione, accensione termonucleare con aumento temporaneo di luminosità), poi succede all’altra a forza di cessione di materiale e così via…
animazione digitale di binaria di Stelle di Neutroni che si avvia alla fusione (coalescenza)

2. Due stelle massicce che non arrivano ad evolvere prima di fondersi

  • le due stelle molto massicce (38 e 32 MS) del “Sistema Binario stretto ad EclissiMY Camelopardalis (MY Cam), che viste da Terra vengono eclissate dai reciproci transiti a causa della disposizione del piano orbitale, entrambe in Sequenza Principale, orbitano molto vicine tra loro (un periodo in meno di 1,2 giorni). Non solo probabilmente si sono originate come sono oggi, quasi a contatto, ma oltretutto il destino sarà il merging, cioè la loro fusione prima che abbiano il tempo di seguire la propria evoluzione, e da tale fusione si formerà un singolo oggetto con una massa superiore a 60 MS
rappresentazione artistica del sistema MY Cam – ©RUVID
  • a volte le anomalie riscontrate potrebbero essere causate da un terzo elemento difficile da riconoscere, ad esempio una Stella di Neutroni in mezzo a due Buchi Neri (Sistema Ternario)

Alessandro Drago “Le stelle di Neutroni dalla nascita alla morte”, conferenza
MY Cam, l’inizio di un merging stellare, di Corrado Ruscica

Il nostro enorme Sole…
è solo una medio-piccola Nana gialla

Il nostro Sole, come ti ho anticipato, è uno spettacolo raro nella Via Lattea!

suggestiva foto di Stefano Mossa del Gruppo Facebook Spazio Penultima Frontiera SPF

È una stella di tipo G (Nana gialla, la terza stella da sinistra) che vive circa 10 miliardi di anni, e le stelle di tipo G costituiscono solo il 7% delle stelle della Via Lattea.

Al contrario circa il 75% delle stelle nella nostra galassia è di tipo M (Nane rosse), che sono minuscole, fredde (“fredde” rispetto alle temperature stellari…) e vivono in Sequenza Principale per circa 80-100 miliardi di anni!
Comprendi che quindi nessuna di loro può avere avuto il tempo di spegnersi completamente, avendo l’Universo “solo” 13,7 miliardi di anni… è proprio tutto relativo!

Nel diagramma H-R le Nane Rosse occupano tutta la lunga coda di destra, verso le temperature più basse per le stelle

Astronomia Multimessaggero
La nuova Èra
dell’osservazione astronomica

Istantaneo accenno fondamentale, visto che le recenti scoperte hanno rivoluzionato i metodi di indagine in Astronomia, consentendo di rivelare oggi eventi che una volta sarebbe stato impossibile registrare. Nel sottocapitolo Kilonova-merging, una istantanea cronistoria delle scoperte.

Si chiama “multimessaggero” ed è la nuova frontiera dell’Astronomia moderna, perché sfrutta non più soltanto le informazioni derivanti dai fotoni nelle varie lunghezze d’onda e dai neutrini, ma unisce la nuova conquista della conferma empirica delle onde gravitazionali teorizzate da Einstein.
I messaggeri così diventano 4, e da qui il “multi”:
1) raggi cosmici
2) fotoni
3) neutrini
4) onde gravitazionali

  • i raggi cosmici, essendo per la maggior parte protoni (carichi positivamente) a bassa energia, vengono deflessi dai campi magnetici galattici ed extragalattici e perdono l’informazione circa la sorgente emittente (a differenza di fotoni e neutrini, che sono particelle neutre e quindi non vengono deflessi dai campi magnetici, conservando così le informazioni sulla posizione della sorgente che li ha emessi)

Essendo la maggior parte a bassa energia, la loro direzione originaria viene modificata (figura 1 traiettoria 1) e per questo motivo non possiamo capire da dove essi hanno origine, se non forse alle energie più elevate, dato che la deflessione decresce al crescere dell’energia (figura 1 traiettoria 2)

  • i fotoni poi forniscono informazioni sui diversi processi fisici che li producono
  • mentre i neutrini interagiscono debolmente con la materia e possono raggiungerci fin dalle remote profondità del Cosmo, recando informazioni su sorgenti lontanissime e sui potenti meccanismi di accelerazione delle particelle
I protoni e nuclei sono deviati dai campi magnetici e/o assorbiti; i neutrini conservano l’informazione sulla direzione; i fotoni sono assorbiti
  • infine le onde gravitazionali (dal 2015 la nuova frontiera dell’astrofisica) consentono di studiare le caratteristiche delle fusioni di oggetti ultracompatti (stelle di neutroni e/o buchi neri) anche lontanissimi. Viaggiano alla velocità della luce e arrivano a noi dalle profondità del Cosmo molto deboli, ma registrabili dai moderni strumenti tecnologici ultrasofisticati

Outreach Cosmic Ray Activities, InfnOcra
Raggi Cosmici, INFN Laboratori del Gran Sasso

Onde Gravitazionali

Vengono definite increspature” nell’invisibile tessuto dell’Universo detto “Spazio-Tempo“.

bellissima immagine che mi serve solo a scopo evocativo, per facilitare l’immaginazione e la comprensione, anche il tema è assai più complesso di così – fotocredit Simonetta Mearelli

Ogni corpo astronomico con una certa “massa” (che qui sulla Terra chiamiamo peso, a causa della forza di Gravità terrestre che ci tiene saldamente ancoràti a terra) provoca una depressione o deformazione in questo tessuto, che è elastico proprio come un trampolino di quelli che usano bambini e grandi al parco per fare decine di salti e acrobazie – quelli più bravi. (Attenzione però, non pensare al termine “elastico” nel senso della capacità di “rimbalzare”, quanto nel senso della “deformazione elastica” che viene prodotta).

considera che in realtà noi immaginiamo sempre tutto in senso limitato, con un alto e un basso, ma tale deformazione avvolge a 360° qualsiasi oggetto, e non si limita al “sotto”…

Così, nel nostro Sistema Solare, il Sole provoca questa deformazione, e di conseguenza tutti i pianeti del Sistema Solare (ma anche asteroidi, comete e polveri compresi) sono costretti ad orbitarvi intorno un po’ come fanno, in micro, delle biglie se lanciate vicino ad una palla da bowling appoggiata al centro di una rete elastica.

rappresentazione digitale della curvatura dello Spazio-Tempo

Utilizzo qui questo paragone molto usato (rete elastica, palla da bowling, biglie) che facilita la comprensione immediata, anche se devo avvisarti che risulta fin troppo semplicistico mentre la realtà è assai più complessa ed affascinante, per questo se vuoi approfondire più tecnicamente l’argomento Gravità ti suggerisco una bella serie di post di Michele Diodati, di sicuro impegnativa ma anche meritevole, “Ma la gravità è davvero un telo deformato dalle biglie?” dal blog Spazio Tempo Luce Energia.

Mentre le biglie cadono quasi subito addosso alla palla, dopo aver descritto qualche forma che assomiglia ad un’orbita, su scala planetaria invece succede che il movimento prosegue per decine, centinaia, migliaia o milioni di anni… a seconda di tante variabili.
– Poi, come sai, ciò accade anche nel singolo caso di ogni pianeta o pianeta nano, che ha la compagnia di una o più Lune ad orbitarvi attorno
– Inoltre tutto questo, come sai, mentre Sole, pianeti e Lune sfrecciano a tutta velocità nello spazio

Il Sistema Solare non è “fisso” come appare ad uno sguardo superficiale osservando le foto sui libri; il Sole orbita a gran velocità attorno al centro della Galassia, come tutto il resto che essa contiene, e trascina con sé pianeti, asteroidi, lune, satelliti naturali ed artificiali, polveri, inesorabilmente attratti dalla sua potente forza gravitazionale

Quando un corpo celeste accelera nel seguire queste orbite, ecco che crea delle deformazioni nello spazio, le nostre onde gravitazionali.

Guerre Stellari, salto nell’iperspazio

Ora, tutti i corpi con massa in movimento producono increspature, d’accordo, tuttavia queste sono infinitesimali perché la Gravità da sola è una forza debole.

Gravità, Elettromagnetismo, Forza elementare Debole, Forza elementare Forte

Questo è il punto che è importante evidenziare: solo i corpi celesti molto massicci producono onde gravitazionali rilevabili da così grandi distanze.

animazione digitale di coppia di Buchi Neri che si avviano alla fusione (coalescenza)

Quando arriva una di queste onde, provoca una contrazione/restringimento e una dilatazione/allargamento dello spazio, esattamente come succede quando arriva un’onda mentre sei in acqua: prima ti alza (comprime) e poi ti abbassa (dilata) rispetto al livello normale in cui sei. Però l’onda tu riesci a vederla e ti fai un’idea approssimativa di quanto sia stata alta.

Il problema con le onde gravitazionali è sempre stato ottenere misure precise di queste differenze o distanze, potendole anche isolare dai rumori di fondo sempre presenti. Per avere un’idea più realistica dei valori di cui stiamo parlando, questi i due esempi riportati dall’autore dell’articolo:

  • sarebbe come valutare se una rotaia lunga mille miliardi di miliardi di metri si sia accorciata o espansa di 5 millimetri
  • se un’onda gravitazionale di notevole portata attraversasse la Terra farebbe restringere e allargare il diametro del nostro pianeta di appena 10 nanometri (dieci miliardesimi di metro), se non di meno

cosa sono le onde gravitazionali, Emanuele Menietti per Il Post

e ora, si aprano le Danze!

Brevissima sintetica Legènda promemoria

  • MS = masse solari
  • MS = Main Sequence, Sequenza Principale
  • SN = Supernòva
  • NS = Stella di Neutroni
  • Nòvae = dal latino, plurale di “Nòva”, si legge “nove”
  • PN = Nebulosa Planetaria, costituita da nebulosa e Nana Bianca se presente
  • Supernòvae = idem, si legge “Supernòve”
  • SN II = Supernòva Due (collasso nucleo stella massiccia)
  • SN I = Supernòva Uno (nana bianca collassa in stella di neutroni)
  • SMBH = Stellar Mass Black Hole (buco nero di massa stellare)
  • IMBH = Intermediate Mass Black Hole (buco nero di massa intermedia)
  • Smbh = Supermassive Black Hole (buco nero supermassiccio)
  • WD = Nana Bianca

Ti sei già perso? Non preoccuparti, ti trovi qui – oppure torna subito all’Indice

Le Nane Bianche sono davvero in pensionamento, finite?
Figurati!

Trasformismo ed eclettismo delle Nane Bianche
4 possibili destini + 1 fase intermedia

Quattro sono i possibili destini di una Nana Bianca, di cui il primo, descritto nel precedente capitolo, riguarda la Nana solitaria:

La Nana Bianca che non fa più parlare di sé(finché resta solitaria)

1. Nana Bianca solitaria in noioso pensionamento Nebulosa Planetaria

Ricordi, ne ho parlato nel post precedente (3_dt), una stella solitaria come il Sole si avvia verso la fine del suo ciclo vitale, circa 10 miliardi di anni in Sequenza Principale, diventando Gigante Rossa e poi collassando in Nana Bianca mentre nello spazio si espandono gli strati esterni in una Nebulosa Planetaria.

L’Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA) – ingrandisci, enlarge

In questo caso, essendo da solo (meno della metà delle Nane Bianche sono solitarie), il nostro astro va in pensionamento tranquillo, senza traumi, se non consideri la “Nòva” prodotta nel momento in cui si trasforma in Nana Bianca.

La Nana Bianca “Vip” che più volte torna sotto i riflettori

Fase Intermedia: Nana Bianca in varie occasionali “luci della ribalta”Nòva

Una Nana Bianca, come hai ormai imparato, pur essendo piccola più o meno come la Terra ha un’elevata forza di gravità (maggiore di quella dell’intero e per noi gigantesco Sole) ed emette ancora un intenso calore, a causa della contrazione della massa del nucleo della stella originaria in un corpo molto più piccolo.

Per questo motivo, se viene investita dagli strati esterni di idrogeno H di una compagna, può dare luogo varie volte a “Nòva, improvviso aumento di luminosità dovuto ad innesco di fusione nucleare.

rappresentazione artistica, credits illustration and copyright David A. Hardy & Ppparc

Dopo il burst iniziale, la luminosità di una Nòva cala rapidamente, in pochi giorni (mentre normalmente quella di una SN dura quasi tre mesi e mezzo, in media 100 gg).

La Nana Bianca “Regina del trasformismoche stupisce con l’impossibile

2. Nana Bianca che risorge per trasformarsi in Stella di NeutroniSN I (Supernòva Uno)

In rari casi, la Nana Bianca è già vicina al limite di Chandrasekhar (ricordi?), quindi è molto massiccia, e se riesce a vampirizzare e risucchiare abbastanza materiale dalla compagna Gigante, collassa in una stella di Neutroni con violenza, rilasciando un’enorme esplosione di radiazioni.

la variabile cataclismica RS Oph potrebbe essere candidata a trasformarsi un giorno in stella di neutroni – credit Albino Carbognani blog Asteroidi e dintorni, ingrandisci, enlarge

Questo tipo di esplosione ha una caratteristica sequenza di brillamento e declino, che rilascia sempre la stessa quantità di energia, visto che si genera quando la Nana Bianca supera quel preciso limite di massa, ragion per cui:

devono avere TUTTE la stessa luminosità!

Diventano quindi uno strumento prezioso per determinare le distanze galattiche e sono definite per questo motivo candele cosmiche standard.

Per aiutarti nella comprensione ti ricordo la comparazione delle dimensioni di questi oggetti:

Parte del disco del Sole a cui sono comparati, a sinistra una Nana bianca (poco più grande della Terra), mentre con la freccia una Stella di Neutroni (che secondo me è ancora troppo grande, considerando che il diametro è di circa 20 km). Direi che rende bene l’idea!

Qui inoltre in dettaglio ogni singola comparazione, partendo da una Gigante Rossa, e alla fine “compare” anche un Buco Nero.

1^ finestra: Gigante Rossa – Sole, 2^: Sole – Nana bianca, 3^: Nana bianca Stella di neutroni, 4^: Stella di neutroni – buco Nero (in questo caso un Buco nero stellare, risultato del collasso di una stella come il Sole, mentre la singolarità è microscopica)
  • fabbrica modesta ma dai risultati stupefacenti!

Nane Bianche vive e vegete, Astronomia, Francesca Diodati

La Nana Bianca impavida Braveheart

3. “Meglio un giorno da leoni”, la disintegrazione totale!SN Ia (Supernòva Uno A)

Se il materiale che la Nana Bianca riceve dalla compagna le fa superare il limite di 1,44 MS (Chandrasekhar, in realtà anche prima di quel valore), la pressione degli elettroni degeneri non è più sufficiente e avviene un brevissimo collasso, in pochi secondi, con una violenta esplosione in Supernòva e la completa disintegrazione della stella Nana (sempre caratteristica di “candele standard”).

Resto di Supernòva Keplero (SN 1604), immagine composta dalle osservazioni dei telescopi spaziali Hubble, Chandra e Spitzer, in luce visibile, ai raggi X e all’infrarossoingrandisci, enlarge

Qui sopra, una famosissima Supernòva di questo tipo è il Resto di Supernova Keplero, del 1604: una Nana Bianca in sistema binario con una stella simil-Sole, che ha accumulato così tanto materiale dalla compagna, da superare il limite ed esplodere disintegrandosi completamente.

Due dati pazzeschi su questa Supernòva:

  • restò visibile a occhio nudo, tieniti forte, per 18 mesi e mezzo, vale a dire oltre un anno e mezzo (alla faccia della media dei 100 giorni)!
  • i Resti che vedi nella splendida immagine composita viaggiano tutt’ora a oltre 37 milioni di km orari, altro che dipinto immobile! Tu non hai idea della velocità di quei colori…

417 anni fa apparve l’ultima supernova visibile a occhio nudo nella via lattea, CHPDB

Qui una comoda infografica in italiano e in inglese sulla dinamica di formazione di questo tipo di Supernòva, ma per quanto riguarda l’evoluzione dell’Involucro Comune (CEE) troverai una descrizione dedicata più avanti nel post. Tieni conto che tra il terz’ultimo e il penultimo riquadro in basso a sinistra, quando la Nana Bianca sta vampirizzando la Gigante rossa, si verificano diversi episodi di Nòva.

credits: NASA, ESA and A. Feild (STScI); vectorisation by chris 論 – versione italiana by Henrykus

La Nana Bianca “Zombie”

4. Nana Bianca che sopravvive all’esplosioneSN Iax (Uno AX) – “Stella Zombie

Come spiego poco più avanti nel capitolo relativo al tipo di SN, in questo caso la Nana Bianca riesce a sopravvivere pur venendo espulsa a gran velocità (vedi “calcio gravitazionale” verso la fine) e viene per questo chiamata stella “zombie”.

rappresentazione artistica di una supernova di tipo Iax e la Nana Bianca sopravvissuta ed espulsa –
credits: University of Warwick/Mark Garlick

Nane Bianche e massa critica

Per quanto riguarda le Nane Bianche, ci sono 2 possibili canali attraverso cui un sistema di due stelle (binario), la più massiccia delle quali è appunto una Nana Bianca, raggiunge la massa critica:

  • “degenerazione doppia” – la compagna della Nana Bianca è un’altra stella compatta, e la fusione dei due oggetti provoca l’esplosione
  • “degenerazione singola” – la Nana Bianca accresce massa da una stella compagna fino al limite di innesco dell’esplosione termonucleare, che investe poi entrambe le stelle

La goccia che fa traboccare la Supernova, di Valentina Guglielmo per MediaInaf

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La Nòva
fiammata dovuta a fusione nucleare

Le “Novae” (si legge “nove”, dal latino) sono fenomeni esplosivi che avvengono nei Sistemi stellari Binari in cui una delle stelle è una Nana Bianca. Dopo l’esplosione la Nana Bianca torna più o meno come prima. Possono avvenire più volte questi inneschi e possono passare anche mesi o anni tra un innesco e l’altro.

La fiammata del declino della Gigante

La Gigante Rossa che diventa Nana Bianca

Te ne ho solo accennato nel post 2_mss perché non volevo mettere troppa carne al fuoco, e già ce n’era parecchia! Quando una stella come il Sole si gonfia in Gigante Rossa per poi evolvere in Nana Bianca, ti avevo detto che la transizione avveniva in modo “tranquillo”, non certo come succede per le stelle massicce (Supernova). In realtà anche questa stella ha una fase in cui emette una forte luminosità (flash dell’Elio) e si parla di Nòva, ma in questo caso l’accensione non è dovuta al materiale ricevuto da una compagna, bensì alla propria personale evoluzione…

animazione dinamica di formazine di una Nebulosa Planetaria

La Nana Bianca che si accende vampirizzando la compagna

Nòvae classiche

Si legge “nove”, dal latino

rappresentazione artistica dell’esplosione di una “Nòva ricorrente”, RS Ophiuci, credits illustration and copyright David A. Hardy & Ppparc

Sembravano, alle prime osservazioni, “stelle nuove”; in realtà sono temporanee potenti esplosioni, che durano poche settimane, dovute all’innesco di fusioni nucleari causato dall’interazione della Nana Bianca con il materiale della stella / delle stelle compagne.

Le stelle all’origine del Litio, Bubbi

  • l’innesco delle reazioni termonucleari che fanno esplodere gli strati esterni della Nana Bianca producendo la Nòva, provoca un aumento della luminosità fino a 100.000 volte superiore
  • questi bagliori intensi avvengono circa 50 volte ogni anno!
  • una parte delle Novae classiche evolve fino a che la Nana Bianca non esplode definitivamente come SN Ia, con una luminosità superiore a quella di un’intera galassia e visibile a milioni di anni luce di distanza

La Nana Bianca che vampirizza la Nana Bruna

Nòva Nana

Quando una Nana Bianca vampirizza una Nana Bruna (come ricorderai dal post 1_ob, stella “mancata”), con improvviso bagliore folgorante emesso, l’eruzione prende il nome di “Nòva Nana” appunto. Considera che possono passare anni o addirittura decenni tra un’eruzione e l’altra, non è qualcosa che succede una volta sola e finisce in poco tempo.

rappresentazione artistica, credit foto NASA and L. Hustak (STScI)

l’ingordigia di una stella vampiro, Bubbi
la star di Vampire scatena una brillante super-esplosione, Doris Ellin Urrutia, Space.com

  • È un sistema che diventa ben 1.600 volte più brillante in 1 solo giorno! (super outburst)
  • La temperatura passa da 2.700/5.300 °C a 9.700/11.700 °C
  • Sono stati individuati solo 100 Sistemi di Nova Nana

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Supernòva (SN)?
Mica ce n’è una sola!

SN II (Supernòva Due)
morte di una stella massiccia (oltre 8 MS) –
“Core Collapse”

Vi ho dedicato tutto il post precedente, 3_dt, puoi andare a farti scorpacciata. Ricorda solo che questo tipo di Supernòva, che ha come protagonista una stella massiccia oltre le 8 MS (masse solari), produce due Resti, detti appunto Resti di Supernova, in base alla Mi (massa iniziale), che sono oggetti ultracompatti pazzeschi, di cui ho parlato: stella di Neutroni e Buco Nero.

Eccoti SN 1987A, la prima Supernòva osservata dall’invenzione del telescopio!
Inoltre la prima occasione in cui neutrini emessi da una SN sono stati osservati direttamente (nei modelli teorici la maggior parte dell’energia del collasso viene dispersa nello spazio sotto forma appunto di neutrini).
Precursore o progenitore della SN 1987A è stata una Supergigante Blu, Sanduleak -69° 202a (Sk-69 202), Variabile S Doradus (queste sono esplosioni tipiche di stelle blu supermassicce variabili di tipo LBV) nei pressi della Nebulosa Tarantola, nella Grande Nube di Magellano, stella probabilmente di 20 MS

credits di ESA/Hubble, CC BY 4.0 ingrandisci, enlarge

Nel dettaglio qui sotto spicca evidente l’anello con dozzine di punti luminosi: largo circa un anno luce, è stato probabilmente emesso dalla stella circa 20.000 anni prima che esplodesse e ora un’onda d’urto di materiale, liberata dall’esplosione stellare, sta colpendo le regioni lungo le aree interne dell’anello, riscaldandole e facendole risplendere in questo quadretto assolutamente spettacolare. I dati ALMA (in rosso) mostrano la polvere appena formata al centro del residuo, mentre i dati di Hubble (in verde) e Chandra (in blu) mostrano l’onda d’urto in espansione.

crediti immagine composita: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Angelich. Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope. X-Ray image: The NASA Chandra X-Ray Observatory
  • in un tempo da una settimana a qualche mese (la media è di 100 giorni) la colossale esplosione emette tanta energia quanto il Sole in miliardi di anni; inoltre in 15 secondi la temperatura raggiunge i 100 miliardi di kelvin!
  • espelle il materiale a 30.000 km/s, vale a dire il 10% della velocità della luce, raggiungendo una luminosità pari a 5 miliardi di stelle come il Sole

Nonostante la potenza di questi eventi sia così apocalittica, e nonostante la per noi formidabile ed imbattibile velocità della luce, infine nonostante i migliori e più potenti telescopi mai costruiti, possiamo vedere appena un bagliore o tutt’al più una grande luminosità come una brillante stella e niente altro, a causa della enorme inconcepibile distanza alla quale avvengono… questo è il grande potere illusionistico della vastità cosmica!

SN I (Supernòva Uno)
Nana Bianca che collassa in Stella di Neutroni“Termonucleare”

Ecco qui un esempio del trasformismo di cui accennavo all’inizio: la Nana Bianca può addirittura collassare a Stella di Neutroni, pur non provenendo in origine da una stella massiccia!

la variabile cataclismica RS Oph potrebbe essere candidata a trasformarsi un giorno in stella di neutroni – credit Albino Carbognani blog Asteroidi e dintorniingrandisci, enlarge

In rari casi, la Nana Bianca è già vicina al limite di Chandrasekhar e se riesce a vampirizzare sufficiente materiale dalla stella compagna, collassa in stella di neutroni con violenza, rilasciando enorme esplosione di radiazioni.

comparazione artistica tra Nana Bianca a sinistra e SN I a destra in cui la Nana si trasforma in Stella di Neutroni: ho esagerato volutamente le dimensioni della seconda per poterla mostrare, in questo caso una Pulsar con i due raggi micidiali, ma ricorda che se la Nana è grande più o meno come la Terra, la Stella di Neutroni avendo diametro medio di circa 20 km e sarebbe praticamente invisibile

Tali esplosioni hanno una caratteristica sequenza di brillamento e declino, che rilascia sempre la stessa quantità di energia, visto che il limite critico è sempre lo stesso: diventano quindi uno strumento prezioso per determinare le distanze galattiche, e sono dette per questo Candele Standard.

Ofiuco riaccesa, Inaf

SN Ia (Supernòva Uno a)
Nana Bianca completamente disintegrata!

Vista prima al punto 3, ne trovi anche un esempio qui sotto nelle SNSL Supernovae SuperLuminose. Utilizzate come Candele Standard per misurare le distanze cosmologiche e studiare l’espansione dell’Universo

A proposito, per noi italiani distinguere il significato della sigla “Ia” è facile: la “a” puoi immaginarla infatti per “addio”, la stella è esplosa e non resta più niente...

A questo proposito ti devo segnalare che una bellissima immagine che ti ho presentato nel capitolo precedente tra le Supernovae riguarda proprio questo caso! Te la ricordi, la SN 1994D? Quindi ora guardandola sai che si tratta della disintegrazione totale di una Nana Bianca!

credit Nasa Hubble ingrandisci, enlarge

SN 1572 Ia è la strepitosa immagine del Resto di Supernova di Tycho presentata nell’episodio precedente!

Credit Chandra X-ray Observatoryingrandisci, enlarge

Qui sotto hai un video del telescopio spaziale Hubble: nota come procedendo nello zoom non risulta sempre più sfocato bensì nitido, Hubble è un telescopio potente e sofisticato! A zoom effettuato, la SN 2018gv compare improvvisamente sulla sinistra e ciò che vedi è un rapido video time-lapse in dissolvenza aggiunto, frutto delle foto consecutive scattate dal 2018 al 2019 (manca solo l’esplosione iniziale nel gennaio 2018 che Hubble non ha registrato). Al suo apice, la stella che esplodeva era luminosa come 5 miliardi di Soli.

Video reale del telescopio spaziale Hubble sulla galassia a spirale barrata NGC 2525, a 70 milioni di anni luce di distanza nella costellazione meridionale di Puppis; all’interno dello zoom è inserito un video in time-lapse – Credits: NASA, ESA, J. DePasquale (STScI), M. Kornmesser e M. Zamani (ESA/Hubble), A. Riess (STScI/JHU) e il team SH0ES e il Digitized Sky Survey

SN Iax (Supernòva Uno ax)
Nana Bianca che sopravvive
“Stella Zombie”

Scoperte nel 2013, essendo esplosioni meno potenti rispetto alle SN tradizionali, questi eventi rari producono elementi diversi poiché le reazioni termonucleari viaggiano più lentamente attraverso la stella. Le deflagrazioni sono infatti sufficientemente deboli da consentire alla Nana Bianca di sopravvivere e non essere totalmente distrutta, potrebbe addirittura venire anche espulsa ad alta velocità (vedi calcio gravitazionale).

rappresentazione artistica di una Supernova di tipo Iax
credits: University of Warwick/Mark Garlick

Un esempio di questo tipo particolare di SN è Sagittarius A East (SgrAEast), un Resto di Supernòva molto vicino, ovviamente in termini cosmici, al Buco Nero Supermassiccio al centro della Via Lattea, Sagittarius A*, che ha visto coinvolta una Nana Bianca piccola e densa e probabilmente interagisce con il disco di materiale che circonda il Buco Nero: potrebbe addirittura trattarsi della Sn di tipo Iax più vicina alla Terra mai scoperta!

Immagine composita con dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra della Nasa (blu) e del Very Large Array dell’NSF (rosso). Credit: X-ray: NASA/CXC/Nanjing Univ./P. Zhou et al. Radio: NSF/NRAO/VLA

Un altro esempio di questa classe di Supernòvae è SN 1181, conosciuta come “Chinese Guest Star”, permettimi una brevissima presentazione dell’affascinante scoperta: le cronache cinesi del tempo, appunto 1.181 d.C., riportano la comparsa improvvisa di una “stella ospite”, luminosa come Saturno, che brillò in cielo nella costellazione di Cassiopea per 185 notti, cioè 6 mesi! Poi non se ne seppe più niente, più alcuna traccia fino al 2020.

foto reali: a) dati di Wise in falsi colori della nebulosa Pa 30 – b) emissione della stella centrale zombie evidenziata in blu dai dati di Galex, invece i contorni dei dati di Xmm-Newton mostrano che la maggior parte dell’emissione di raggi X proviene dal nucleo della nebulosa – c) la croce verde al centro indica la posizione della stella zombie – Crediti: A. Ritter et al. ApJL, 2021

Un team internazionale di astronomi guidato dall’università di Hong Kong (A. Ritter e Q. Parker) ha finalmente scoperto la nebulosa Pa 30 in rapida espansione, ben 1.100 km/sec. e identificato una stella estremamente calda di Wolf Rayet (WR) detta Stella di Parker (J005311 / IRAS 00500+6713), che si crede sia la “stella Zombie” sopravvissuta all’esplosione in seguito alla fusione in un sistema binario di due Nane bianche ultradense.

rappresentazione artistica della fusione di due nane bianche ultradense in un nuovo tipo di stella detto J005311, altamente instabile – Image credit: NASA/Tod Strohmayer (GSFC)/Dana Berry (Chandra X-Ray Observatory)

Stella Zombie

È così stato annunciato a dicembre 2020, un anno fa quindi, un nuovo tipo di stella, un oggetto super-Chandrasekhar con una massa ≳ 1,5 MS, chiamato J005311: nuovo tipo di sorgente di raggi X, presenta velocità del vento da record e grandi quantità di Neon, Magnesio, Silicio e Zolfo. Altamente instabile, troppo massiccia per rimanere una Nana Bianca, si prevede collasserà a sua volta in una stella di neutroni entro diecimila anni.

Ora gli astronomi possono studiare, caso raro, sia la nebulosa residua che la stella zombie.

  • questo tipo di Supernovae avvengono con frequenza di 1/3 rispetto alle SN Ia
  • le stelle WR sono le più calde e luminose esistenti raggiungendo temperature da 20.000 fino a 210.000 kelvin!

rara esplosione stellare, Bubbi
Sn 1181, mistero risolto dopo otto secoli e mezzo, Laura Leonardi per MediaInaf

SNSLe (Supernòvae SuperLuminous)
SuperLuminose

Si legge “supernòve”, dal latino

Da 10 fino a 100 volte più luminose delle Supernòvae standard (“standard” si riferisce alle classiche Supernovae, perché ovviamente per tali esplosioni, davvero enormi, l’aggettivo “standard” sembra davvero fuori posto…), sono eventi transitori, rari e brillanti. Al momento, secondo la ricerca astronomica, esistono vari contesti in cui si possono manifestare:

  • collasso del nucleo in stelle particolarmente massicce
  • màgnetar a millisecondi (stelle di neutroni rotanti eccezionalmente magnetiche)
  • interazione con materiale circumstellare (CSM)
  • Supernovae a instabilità di coppia
immagine ai raggi X: in alto a destra SN 2006gy, a sinistra la galassia NGC 1260 – credits ©NASA/CXC/UC Berkeley/N.Smith et al.

Qui porto l’esempio della SN 2006gy (nella galassia NGC 126O a 238 milioni di anni luce), un Sistema Binario composto da Nana Bianca e Gigante Rossa che da luogo ad una SN Ia: la Nana “kamikàze” è stata inghiottita dalla Gigante ed è esplosa nella collisione con il suo nucleo (ricorda l’evoluzione dell’involucro comune che ti spiego più avanti), ma non è finita qui!

La superluminosità è stata infatti prodotta dall’interazione dell’onda d’urto della SN con il denso guscio di materiale circumstellare (in pratica gli strati esterni della stella morente) che la Gigante Rossa aveva espulso 100 anni prima, da non credere!

una nana bianca dietro la supernova da record, le scienze

SN a cattura elettronica

Questo nuovo tipo di Supernova si colloca tra le SN II (Core Collapse) e le SN I (termonucleari), poiché la stella non è né abbastanza massiccia da vivere un po’ più a lungo (producendo nucleosintesi di elementi più pesanti), né abbastanza leggera da evitare il collasso del nucleo (diventando Nana bianca con i suoi vari destini).

rappresentazione artistica di una stella “Sagb” (“Super-Asymptotic Giant Branch Star”, stella del ramo super-asintotico delle Giganti): il suo nucleo è composto da Ossigeno O, Neon Ne e Magnesio Mg – Credits: S. Wilkinson; Las Cumbres Observatory

Le stelle progenitrici hanno massa ben definita, tra 8 e 10 MS, e si trovano nel ramo super-asintotico delle Giganti (Sagb), dove viene prodotto un nucleo degenere di Mg Ne e O (se non ricordi le sigle degli elementi vai qui). Proprio i protoni di Mg e Ne sono i responsabili di questo nuovo tipo scoperto di SN, in quanto catturano alcuni degli elettroni che sostengono la pressione di radiazione (quella che contrasta il collasso gravitazionale) e così facendo facilitano il collasso innescando l’esplosione finale.

Se si verificano le condizioni giuste di densità, la stella esplode in questa SN, e per riconoscerne il tipo esistono 6 indicatori:

  • un progenitore Sagb
  • le stelle Sagb hanno una forte perdita di massa pre-Supernòva (che rimarrebbe nei paraggi e avrebbe una composizione chimica riconoscibile)
  • una composizione chimica stellare insolita
  • un’esplosione debole
  • poca radioattività
  • e un nucleo ricco di neutroni

Quando però avviene l’esplosione, il materiale della SN si scontra con la nube di gas persa dalla stella progenitrice, provocando un notevole eccesso di luminosità.
È stata scoperta la SN 2018zd nel 2018 nella galassia Ngc 2146 a 31 milioni di anni luce, e ora si rivaluta la famosissima Nebulosa del Granchio (SN1054 che ti ho anticipato nel post precedente) altro famosissimo Resto di Supernova che rientra in questa tipologia.

Resto di Supernova del Granchio, credits NASA ingrandisci, enlarge

Osservato un nuovo tipo di supernova, di Valentina Guglielmo per Inaf

PPI SN (Pulsational Pair Instability Supernòvae)
a instabilità di coppia pulsazionale

Come anticipato per le SN SuperLuminose, questo è uno dei casi in cui si verifica un’esplosione davvero fuori scala. In una galassia distante 4,6 miliardi di anni luce viene identificata nel 2016 la SN 2016aps, il cui incredibile rilascio di energia suggerisce che la stella progenitrice fosse straordinariamente massiccia, alla nascita (Mi) almeno 100 MS.

Instabilità di coppia pulsazionale

rappresentazione artistica di SN2016aps, credit M. Weiss

Spendo in questo caso due parole in più per spiegare che vuol dire, perché come sempre è più piacevole capire di cosa si parla:
– in una stella molto massiccia (parliamo di oltre 100 MS), i raggi gamma prodotti nel nucleo possono divenire talmente energetici, e il nucleo così caldo, che una parte della loro energia deriva da coppie costituite da particella-antiparticella (è questa la “coppia” a cui si fa riferimento)

– in conseguenza di questa conversione (quando materia ed anti-materia si incontrano c’è annichilazione e quindi annullamento con emissione di raggi gamma) c’è una caduta di pressione termica che provoca un parziale, violento collasso della stella sotto la sua stessa gravità
– il collasso innesca delle reazioni nucleari “runaway” (aumento di temperatura che provoca ulteriore aumento di temperatura fino a condizioni catastrofiche) e un’esplosione che fa schizzare nello spazio i vari strati esterni e lascia il nucleo intatto (senza condurre ai residui ultracompatti che conosci)
– il processo può ripetersi per decenni prima della colossale esplosione finale

La SN 2016aps però è stata un caso rarissimo di questo tipo di Supernovae SuperLuminose, per tre motivi:

A) mano a mano che pulsa violentemente (ricordi, più la stella è massiccia più ha vita breve perché brucia in modo violentemente turbolento i suoi gas), espelle gusci massicci di gas, e al momento dell’esplosione finale, la Supernòva si è scontrata con questi gusci di gas espulsi in precedenza provocando un bagliore assolutamente fuori scala (non che le classiche Supernovae siano poi tanto “in scala”…)

“come buttare benzina sul fuoco”

Edo Berger, uno degli autori dello studio
Feeding the Flame; Gasoline on Fire

B) inoltre in questo caso alti livelli di Idrogeno gassoso, che la stella avrebbe dovuto aver perso durante le varie espulsioni precedenti, suggeriscono che 2 stelle massicce si siano fuse prima dell’evento, e che questo idrogeno in eccesso nella nuova stella formata abbia innescato l’instabilità di coppia: quindi in realtà la fusione di 2 stelle supermassicce ha prodotto la nascita di una stella ancora più massiccia da oltre 100 MS, che poi quando è esplosa ha prodotto una Supernova record ad instabilità di coppia pulsazionale

C) come ultima particolarità, ha brillato per almeno 3 anni! (contro la media dei 100 giorni delle Supernòvae, cioè quasi tre mesi e mezzo)

  • questo tipo di potentissime esplosioni praticamente non avvengono nella Via Lattea, mancando stelle come questa, perché le condizioni sono talmente particolari da essere raggiunte solo da 1 stella su decine di migliaia

SN da record, bubbi + SN a instabilità di coppia pulsazionale, Wikipedia

FBOT (Fast Blue Optical Trànsients)
Transiénti Ottici Blu e Veloci

Questi eventi, chiamati FBOT, rappresentano un tipo di esplosione stellare potente, rapida e molto energetica, piuttosto differente dalle altre esplosioni che conosciamo.

rappresentazione artistica di un’esplosione stellare, Istock/Getty Images Plus
  • nel giro di 3 giorni il fenomeno produce un’improvvisa esplosione tra 10 volte e 100 volte più brillante di una tipica Supernova
  • l’anomalo lampo cosmico è molto più rapido di ogni esplosione stellare conosciuta, con particelle in viaggio al 10 % della velocità della luce
  • nel giro di 16 giorni l’evento, accaduto in una galassia distante 200 milioni di anni luce da noi, ha già emesso gran parte della sua energia
  • l’emissione radio dell’oggetto era brillante tanto quanto quella di un lampo di raggi gamma

Iniziano allo stesso modo delle Supernòvae, ma proseguono in modo diverso.
Ecco la classica SN:

  • onda d’urto sferica
  • stella neutroni o BH che producono getti relativistici (velocità prossima alla luce)
  • da questi, fasci di raggi gamma e FGB

Ecco invece i FBOT:

  • motore centrale simile, ma avvolto in spesso strato di materiale (o espulso prima, o vampirizzato)
  • lampo brillante provocato dalla collisione dell’onda d’urto con tale materiale denso e spesso
  • FRB emissioni radio mentre l’onda attraversa il materiale (tra cui anche Idrogeno)
  • tutti e 3 gli eventi FBOT registrati sono accaduti in galassie nane, per cui le proprietà di tali galassie potrebbero produrre percorsi evolutivi molto rari alle stelle massicce che ospitano

Una nuova classe di esplosioni cosmiche, Bubbi

Bene, dopo aver introdotto
Astronomia Multimessaggero, Nane Bianche,
Nòvae e Supernòvae,
continuano le danze…

Nota che, in un sistema binario, si indicano con i termini “accretóre” e “donatore” rispettivamente l’oggetto che accresce la propria massa vampirizzando l’altro, e l’oggetto “vittima” che dona la propria massa poiché vampirizzato.

Ti sei perso? Non preoccuparti, ti trovi qui – oppure torna subito all’Indice

Vampirismo cosmico

La Nana Bianca che vampirizza la Subnana calda

Nana bianca + Subnana calda
“Sistema Nova”Stella deformata a goccia

A 1.500 anni luce dalla Terra si trova il sistema Hd 265435, uno dei pochissimi finora scoperti con questa deformazione particolare a forma di goccia, e in assoluto il più vicino a noi!

Rappresentazione artistica del Sistema Hd265435, immaginato fra circa 30 milioni di anni (la Nana Bianca più piccola, a destra, distorce a forma a “goccia” la subnana bianca calda, in primo piano), crediti: University of Warwick/Mark Garlick

Si tratta di un Sistema binario con una Nana Bianca nascosta e invisibile (accretóre, 1 MS concentrata nelle dimensioni della Terra) e una Subnana calda (donatore, 0,6 MS) che impiegano appena 1 ora e 40 minuti ad orbitare una attorno all’altra. La massa totale è di 1,65 MS, quindi ha già superato al limite di 1,44 MS per le Nane Bianche.
La distorsione gravitazionale che provoca la forma a goccia è causata dalla massiccia Nana Bianca vicina; la Subnana calda si contrarrà fino a diventare anch’essa una Nana Bianca prima di fondersi con la sua compagna dando vita ad una SN Ia tra 70 milioni di anni, preannunciata dalla produzione di onde gravitazionali nell’ultima fase.

La goccia che fa traboccare la supernova, di Valentina Guglielmo per Media Inaf

La Nana Bianca che vampirizza la Gigante Rossa

Nana Bianca + Gigante Rossa
“Sistema Nova” con variabile cataclismica

La Nana Bianca, accretóre, iniziando a vampirizzare l’altra stella, donatore, può risorgere e trasformarsi in variabile cataclismica. Il “Sistema Nòva” è un Sistema Binario complesso, in cui delle due stelle, la più massiccia è già diventata Nana Bianca prima che l’altra si sia evoluta in Gigante Rossa. Se sono abbastanza vicine, la Nana Bianca cattura e vampirizza gli strati esterni della Gigante e così provoca l’innesco nucleare che da vita alla Nòva.

In questo sistema la Nòva avviene ogni 15 anni, l’ultima è accaduta nel 2006 – credit Albino Carbognani blog Asteroidi e dintorni ingrandisci, enlarge

Dopo l’esplosione la Nana Bianca torna più o meno come prima e la luminosità cala in pochi giorni. Possono avvenire più volte questi inneschi e possono passare anche mesi o anni tra un innesco e l’altro. Alla fine dell’evoluzione tuttavia il sistema esplode in SN Ia.

Stelle all’origine del Litio, Bubbi

  • nella galassia di Andromeda c’è una Nòva che esplode ogni anno

Nana Bianca + Gigante Rossa
RS Ophiuci:
“Nòva ricorrente e simbiotica”

A 5.000 anni luce da noi, il Sistema stellare Binario RS Ophiuchi.

rappresentazione artistica dell’esplosione di una “Nòva ricorrente”, RS Ophiuci (RS Oph), credits illustration and Copyright David A. Hardy & Ppparc

Nova ricorrente: una Nòva che si ripete ad intervalli più o meno regolari.
RS Oph accende una Nova, esplosione termonucleare innescata dal materiale vampirizzato dalla Nana Bianca, ogni 15-20 anni (l’ultima il 08/08/2021, la precedente è stata 12/02/2006). RS Oph non è costante, ma si è ripetuto con periodi da 9 a 35 anni.

Nova simbiòtica: presenta eruzioni simili a quelle delle Nòvae (si legge “nove”, dal latino), ma più lente, hanno una durata di 10-40 anni e poi la Nana Bianca torna alla sua luminosità iniziale. Di solito la Nana rimane sotto il limite di Chandrasekhar dopo il lampo, ma in questo caso sembra già molto massiccia (supera 1,2 MS) e quindi iI sistema potrebbe evolvere un giorno in SN I, dove la Nana Bianca collassa in Stella di Neutroni.

  • dopo il burst iniziale, la luminosità di una Nòva cala rapidamente, in pochi giorni, mentre normalmente quella di una SN dura quasi tre mesi e mezzo, in media 100 gg

Nell’Ofiuco si è riaccesa una stella, di Marco Malaspina per Media Inaf
Stelle all’origine del Litio, Bubbi

La stella di neutroni che vampirizza la Gigante Rossa

Stella di Neutroni + Gigante Rossa
Sistema binario simbiotico a raggi-X (SyXB)

Sistemi che emettono forti impulsi nella banda X. Una Stella di Neutroni (accretóre) e una Gigante Rossa (donatore) di tipo spettrale M, con massa simile al Sole.
IGR J17329-2731: l’unione di una Gigante Rossa con una stella di neutroni è un accoppiamento particolarmente raro, e in questo caso la Gigante ha pure riportato “in vita” la compagna ultradensa che si stava esaurendo.

Rappresentazione artistica, credit: NASA/Dana Berry

La Gigante Rossa ha emesso un vento stellare abbastanza denso e lento da “nutrire” la compagna, provocando il lampo di raggi-X dal nucleo della stella di neutroni, nel momento in cui si è “rianimata”.

stella di neutroni “zombie” riportata in vita dall’iniezione della Gigante

Enrico Bozzo


Un sistema binario a raggi X simbiotico ha generato un brillamento, di Massimo Luciani, Tachyon Beam

Il Buco Nero stellare che vampirizza la stella

SMBH + stella ordinaria
Binarie a raggi-X

Le “binarie X” sono una tipologia di Stelle Binarie che emettono una grossa quantità di radiazioni nella lunghezza d’onda dei raggi X: esistono binarie di piccola massa, di massa intermedia e di grande massa. Quelle di piccola massa sono oggetti molto luminosi nelle lunghezze d’onda dei raggi X, ma molto deboli in quelle del visibile.

rappresentazione artistica, credit ESA, NASA, and Felix MirabelHubble Site, Pubblico dominio

Il Buco Nero stellare flash che vampirizza la luminosissima Ipergigante

SMBH + Supergigante Blu Variabile
Cygnus-X1 – BH flash

Vicino alla Nebulosa Tulipano, a 7.200 anni luce da noi, esiste un Sistema Binario composto da una stella Supergigante Blu Variabile (41 MS, detta anche Variabile S Doradus, HDE 226868) ed un Buco Nero di Massa Stellare (SMBH di 14 MS) chiamato Cygnus-X1. È la più famosa binaria a raggi X di grande massa, infatti la stella massiccia è la componente dominante nel visibile (vista la grande luminosità è anche facilmente individuabile), mentre l’oggetto compatto è la fonte dominante di raggi X.

rappresentazione artistica, dove Cygnus X-1 è l’accretóre e la SuperGigante Blu il donatore – credit ESA/Hubble, Apod

Particolarità di Cygnus X-1:

  • è il Buco nero stellare più massiccio mai scoperto senza l’ausilio delle onde gravitazionali
  • il Buco nero compie un’orbita completa attorno alla Supergigante in appena 6 giorni, la distanza che li separa è 5 volte inferiore ad 1 Unità Astronomica (distanza Terra-Sole)
  • la stella progenitrice del Buco nero era di circa 60 MS e il Buco nero è di oltre 20 MS
  • secondo Xueschan Zhao, coautrice dello studio, Cygnus X-1 sta ruotando in modo incredibilmente veloce, molto vicino alla velocità della luce e più veloce di ogni altro buco nero scoperto fino ad oggi

In seguito al processo di vampirismo, il disco di accrescimento del buco Nero aumenta a dismisura la propria temperatura diventando fonte di raggi X ed emettendo getti molto estesi nello spazio, visibili solo indirettamente nella foto (d’autore) grazie al bow shock provocato dalla collisione di tali getti con gli altri gas della nebulosa. Il getto è indicato dalle frecce gialle, quell’arco blu-viola, la freccia celeste indica invece la Supergigante Variabile di Cygnus-X1.

credit Tommaso Massimo Stella ingrandisci, enlarge

approfondimento sul buco nero di Cygnus-X1, Tommaso Massimo Stella
spostando Cygnus X-1 più in là, Paola Soletta per Media Inaf

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Attenzione !

Mica i “vampiri” sono solo Nane Bianche,
Buchi Neri o Stelle di Neutroni/Pulsar!
Non vorrei che mi avessi frainteso!

È importante che ti sia chiaro: fino a qui ho presentato solo oggetti ultracompatti (quindi residui stellari o Resti di Supernova) che hanno ovviamente un potere attrattivo gravitazionale eccezionale. Tuttavia non hanno l’esclusiva: il “vampirismo” può capitare anche tra coppie binarie di stelle ordinarie, siano esse di piccole, medie dimensioni oppure anche molto massicce. Ecco 2 esempi. Di solito in questi casi interpreta il “vampiro” la stella più massiccia, a meno che non càpitino condizioni particolari…

Stella binaria calda, brillante e di grande massa
Vampira gigante calda e blu

rappresentazione artisticaCredit: ESO/L. Calçada/S.E. de Mink

Queste le caratteristiche di questa classe estrema di vampire:

  • le stelle massicce e più brillanti di tipo spettrale O, “stelle vampiro”, sono binarie nel 75% dei casi, la maggioranza delle quali in interazione distruttiva violenta e il 25% in imminente fusione in una singola stella
  • un milione di volte più luminose del Sole, si evolvono mille volte più rapidamente, quindi hanno vita cosmicamente breve e violenta (10 milioni di anni)!
  • ruolo fondamentale nell’evoluzione delle galassie
  • stelle “vampiro”: contrariamente alle aspettative, delle due stelle massicce è la stella più piccola – accretóre – a vampirizzare la più grande – donatore -, ma questo capita nel momento in cui la più grande, evolvendo, si è espansa e l’inviluppo si è avvicinato alla più piccola; e così la più piccola acquisendo materiale ruota più velocemente e diventa più calda, insomma ringiovanisce e vive più a lungo. La stella “vittima”, la più grande, perde l’inviluppo PRIMA di diventare una Supergigante Rossa (quindi non evolve in SRG) e resta solo il nucleo blu caldo
  • entrambe le stelle, “vampiro” accresciuto e “vittima” ridotta al nucleo, diventano più calde e più blu, e di conseguenza “appaiono” come più giovani, ingannando gli osservatori

Una utile video-animazione artistica che riguarda proprio l’evoluzione di una stella binaria calda, brillante e di grande massa.

Nota: questa video-animazione si basa su simulazioni ma non intende essere quantitativamente accurata nei dettagli. Credito: ESO/L. Calcada/M. Kornmesser/SE de Mink

Cosa stai guardando nel video qui sopra?

  • delle due danzanti in orbita l’una intorno all’altra, la più grande si espande per prima finché gli strati esterni non risentono dell’attrazione della più piccola e viene così vampirizzata fino a perderli completamente; resta solo il nucleo che prosegue a produrre nucleosintesi finché non esplode la Supernòva e si è trasformato in stella di neutroni che probabilmente riceve un calcio gravitazionale e viene espulsa dal sistema (SN Iax)
  • la stella vampiro, dalla forma oblata e dalla rotazione veloce, rimasta sola prosegue la sua evoluzione gonfiandosi, diventando Supergigante Rossa e anch’essa esplodendo in Supernòva lasciando come Resto un’altra Stella di Neutroni (SN I)

Le stelle “vampiro” non vivono da sole, di Corrado Ruscica per AstronomicaMens

“Vagabonde Blu” e
le vecchissime stelle rosse degli ammassi globulari
l’alchimia dell’eterna giovinezza

ammasso M30, due Vagabonde ringiovanite da processi diversi, quella blu da collisioni, quella rossa da “vampirismo” – credit Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio
  • negli ammassi globulari le stelle sono eccezionalmente vecchie, 10-12 miliardi di anni, quindi sono rosse e non molto grandi
  • le stelle grandi, calde e quindi BLU bruciano molto in fretta ed evolvono in 10 milioni di anni, ma negli ammassi globulari ci sono solo stelle vecchie!
  • inoltre negli ammassi globulari c’è alta densità di stelle, tutte vicine
  • quindi come mai in un ammasso dove ci sono solo stelle rosse, fredde e vecchissime, si trovano anche le Blue Stragglers, ovvero Vagabonde Blu, che “restano indietro” rispetto al diagramma H-R?
Blue Stragglers, Vagabonde Blu, “restano indietro, staccate” rispetto al diagramma H-R
  • succede perché, vista l’alta densità stellare, avvengono di frequente collisioni stellari, due stelle fondono insieme formando una stella unica, una bella e calda stella blu più massiccia (striscia superiore dell’immagine qui sotto)
rappresentazione artistica delle due modalità di formazione delle “Vagabonde Blu” – credit Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio
  • però succede anche che non avviene un vero e proprio scontro, ma un fenomeno di “vampirismo” stellare tra le due stelle rosse, dove la più massiccia “succhia” materiale da quella più piccola, e alla fine di quest’ultima non resta più niente, mentre la vampira si è trasformata in una bella stella blu più massiccia (striscia inferiore dell’immagine qui sopra)

Stelle Vampire, di Sandro Ciarlariello per Quantizzando
Le “Vagabonde Blu: stelle bambine in sistemi stellari vecchi”, Università di Bologna

La stella grande non attrae a sé la piccola né velocemente né violentemente come si credeva dalle osservazioni con il telescopio spaziale Hubble, bensì aspetta la sua vicinanza per poi rubarle massa quando è nella posizione dell’orbita più efficace. Le stelle vampiro sono stelle rosse che hanno perso calore e si trovano in un sistema stellare binario, cioè hanno accanto a loro una stella più piccola ma più calda

La stella vampiro, di Elena Fanelli per Scienzainrete

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Cannibalismo cosmico: stalker e killer

La Pulsar che cannibalizza e distrugge la Nana

Pulsar “Redback” + Nana
“Sistema Binario a Eclisse”

Nell’ammasso stellare M92, a 26.000 anni luce di distanza, PSR J1717+4307A (anche detta M92A) è una Pulsar millisecondo (MSP) micidiale che cannibalizza una piccola stella (0,18 MS) ridimensionandola fino a farla scomparire e nel farlo torturandola con il suo tremendo fascio concentrato di radiazioni.

elaborazione digitale su rappresentazione artistica di una pulsar binaria, copyright NASA/Dana Berry

Un sistema binario a eclisse è un sistema dove due stelle, in orbita l’una attorno all’altra, viste dalla nostra prospettiva terrestre vengono a trovarsi periodicamente una davanti all’altra e in tal modo, in quel momento, la più vicina a noi eclissa la più lontana.

  • “Redback” è il riferimento al ragno velenosissimo dalla schiena rossa, poiché la femmina divora il maschio dopo l’accoppiamento!
  • fino ad oggi scoperte 157 MSP in 30 ammassi globulari

pulsar micidiale in M92, Bubbi

Buchi Neri che inghiottono stelle di neutroni

SMBH + Stella di Neutroni
“in un sol boccone”

Quando una Stella di neutroni si avvicina a un Buco Nero, teoricamente viene disgregata e distrutta dalle forze mareali, provocando lampi di radiazione elettromagnetica.

rappresentazione artistica, credit: Carl Knox, OzGrav ARC Centre of Excellence

Di solito la stella di Neutroni viene invece inghiottita interamente quando si tratta di fusioni tra stella di Neutroni e Buco Nero Supermassiccio (Smbh).
Tuttavia si sono anche scoperti, grazie alle onde gravitazionali, i primi due casi di Buchi Neri di Massa Stellare (SMBH) che potrebbero aver divorato la stella di neutroni in un sol boccone, senza lasciare traccia, a 900 milioni di anni luce di distanza, chiamati GW200105 e GW200115 (rispettivamente 8,9 e 5,7 MS). Ne parlo anche nella sezione “onde gravitazionali da coppie miste“.

rappresentazione artistica, credit: Carl Knox, OzGrav – Swinburne University

Quanto è grande una stella di neutroni, Global Science
Onde gravitazionali da una coppia Buco Nero – Stella di Neutroni, Universo Astronomia, Barbara Bubbi

Altra Pulsar assassina che cannibalizza e disintegra una stella simil-Sole

Pulsar “Redback” + stella ordinaria
Killer sadico e spietato

A 4.500 anni luce dalla Terra, verso la piccola costellazione del Sestante c’è un Sistema Binario formato da:
– una Pulsar al millisecondo chiamata PSR J1023+0038
– e una compagna di tipo spettrale G6 (il Sole è G2), scoperte nel 2002

animazione artistica del sistema binario PSR J1023+0038. La potente pulsar luminosissima da cui dipartono due fasci di radiazioni verdi e attorno alla quale si accumula il disco di accrescimento del materiale vampirizzato alla compagna binaria stella simil-Sole; in questo caso specifico il disco di accrescimento “spegne” temporaneamente la pulsazione caratteristica in onde radio, e incanàla parte dell’energia nei due getti relativistici – credit [NASA Goddard’s Scientific Visualization Studio]

Si tratta di un’altra Pulsar “Redback”, queste sono proprio assassine! È una di 3 pulsar molto studiate perché essendo Redback ha sia le classiche pulsazioni radio delle pulsar, sia le pulsazioni nascoste a causa del disco di accrescimento che si forma cannibalizzando la compagna stellare.

Una pulsar è una stella di neutroni rotante con un forte campo magnetico, ma la pulsar millisecondo in particolare ha una velocità da paura: compie una rotazione completa in appena qualche millesimo di secondo, il che vuol dire che in un singolo breve secondo è capace di compiere centinaia di rotazioni su se stessa e quindi illuminare con i suoi due stretti fasci radio centinaia di volte intorno a se. Certo, essendo i fasci stretti, illumina verso due sottili traiettorie precise, e solo se un altro corpo è allineato con uno dei due fasci verrà colpito dalle radiazioni.

Ora, quanto gira veloce PSR J1023+0038?
Tieniti forte e allaccia le cinture: questa pulsar millisecondo compie ben 592 rotazioni al secondo!

Morte atroce!

La Pulsar assassina e la stella simil-Sole danzano ad una distanza che è appena 3 volte quella Terra-Luna, per cui la Pulsar ha un campo d’azione eccezionale per violentare la stella che era di massa poco inferiore al Sole, mentre ora ha appena 0,2 MS:

  • da un lato tramite un fascio stretto tremendo di radiazioni “brucia” ed innalza la temperatura del lato irradiato, mentre la cannibalizza asportando gli strati esterni
  • contemporaneamente la notevole forza gravitazionale strappa ferocemente materiale alla vittima, accumulandolo in rotazione nel proprio disco di accrescimento

Risultato: la compagna binaria è spacciata, verrà distrutta!
Certo anche la pulsar alla fine qualcosa ci rimette, perché diminuisce velocità di rotazione, ma questo è un altro discorso e tutto da dimostrare…

Una montagna alta 13 micron su una stella di neutroni…., Michele Diodati

Il BH Supermassiccio che sbrana a morsi la Supergigante

Smbh “Old Faithful” + Gigante
3 morsi all’anno!

Chiamato Asassn-14ko, è un evento di distruzione mareale che sta avvenendo con una caratteristica particolare e rara: una regolarità, frequenza e prevedibilità che consentono di seguire il fenomeno con tutti gli strumenti tecnologici disponibili, compresi i telescopi spaziali.
Di cosa si tratta? È chiamato “Old Faithful” riferendosi al geyser dello Yellowstone Park, che 16 volte al giorno spara getti di acqua bollente fino a 50 metri d’altezza e oltre. Asassn-14ko emette invece il getto di radiazioni (relativistic jets) da ben altra distanza: i 570 milioni di anni luce di distanza che lo separano dalla Terra.

animazione artistica Media Inaf, video credits NASA Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA/GESTAR)

È probabilmente un Buco Nero Supermassiccio al centro della galassia attiva Eso 253-3 nella costellazione del Pittore. Normalmente un Buco Nero Supermassiccio divora il materiale circostante accumulandolo nel disco di accrescimento, ma lo fa in modo lento e così avvengono fluttuazioni casuali nella luce emessa dal disco.
In questo caso invece le esplosioni sono, come ti ho detto, molto regolari: praticamente ogni 114 giorni, 3 volte all’anno!
L’ipotesi più accreditata è che ci sia una stella Gigante in orbita attorno al Buco Nero e che ogni volta che si avvicina troppo viene regolarmente e puntualmente “morsa”, e ad ogni morso perde una quantità di gas che equivale a 3 pianeti come Giove.

Sbranata da un buco nero, un morso ogni 114 giorni, Marco Malaspina per Media Inaf

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È possibile che una stella inghiotta
un Buco Nero o una Stella di Neutroni?
Sì, è possibile!

Questo sotto è il transito di Venere sul disco solare, d’accordo, ma ora fai un piccolo sforzo e per questa occasione prova ad immaginare che sia invece un oggetto ultracompatto (Buco Nero o Stella di Neutroni) che è stato appena inghiottito dalla stella.. (so che probabilmente non si vedrebbe nemmeno, vista l’enorme viscosità del plasma, ma lavora di fantasia).

Raro doppio
cannibalismo cosmico

L’oggetto ultracompatto “infiltrato” che fa esplodere la Stella dall’interno

Oggetto ultracompatto + stella
“SN con collasso del nucleo innescato da fusione”

In questo caso la stella prima lo ingloba e poi ne viene divorata dall’interno come fa un parassita con il corpo del suo ospite!

rappresentazione artistica delle forti emissioni energetiche di una stella che ha appena cannibalizzato la compagna morta, successivamente esploderà per distruzione interna del nucleo causata dall’ospite inglobata – credit Chuck Carter

Supernòva in una galassia nana a circa 500 milioni di anni luce di distanza.

L‘evoluzione dell’involucro comune CEE

Quando una stella inghiotte nei suoi strati esterni un’altra stella (quindi una vera e propria immersione di una stella in un’altra), che succede?

Il più delle volte il partner inghiottito muore e si trasforma prima che il suo nucleo venga consumato e disintegrato: da Gigante Rossa diventa Nana Bianca oppure da stella più massiccia di 8 MS diventa Stella di neutroni o Buco nero a seconda della massa iniziale e di quanta massa ha perso nel processo .

ogni stella separatamente continua la sua evoluzione, se è messa in condizioni di farlo, ma quando si tratta di Sistema Binario o più complesso le cose si complicano

Come conseguenza, il risultato finale saranno 2 oggetti compatti come Nane Bianche, Stelle di Neutroni o Buchi Neri che orbitano l’uno attorno all’altro: sì, perché anche la stella che l’ha inghiottita segue la propria evoluzione e muore diventando Nana Bianca o Stella di neutroni o Buco nero a seconda della massa iniziale e di quanta massa ha perso nel processo (ricordi quando, nell’introduzione, ho accennato al fatto che un Sistema Binario ha una dinamica tutt’altro che semplice? Se vuoi torna all’Indice e scorri fino alle “danze in coppia”).

In questo caso invece abbiamo un raro doppio cannibalismo cosmico:
una stella (B) che ingloba un oggetto compatto come un Buco nero o una Stella di neutroni (A). A sua volta, quell’oggetto inglobato (A) mastica e inghiotte il nucleo della stella (B), facendolo esplodere e lasciando dietro di sé solo un Buco Nero. In questo tipo raro di evento avviene il processo della evoluzione dell’involucro comune (CEE), in cui una stella è appunto immersa in un’altra, e sono di solito fasi cosmicamente brevi quindi difficili da cogliere e studiare.

  • una coppia binaria di stelle massicce, A e B
  • A muore in Supernova e diventa stella neutroni o BH
  • A poi viene inghiottita dagli strati esterni di B per centinaia di anni
  • B rilascia enormi quantità di gas e polvere formando un guscio attorno al duo
  • A divora infine il nucleo di B
  • enormi getti di energia durante il cannibalismo hanno prodotto un lampo di raggi X nel 2014, mentre il materiale della Supernova di B schiantandosi con il guscio circostante ha prodotto luce ottica e radio nel 2017

Gli astronomi potrebbero aver visto una stella ingurgitare un buco nero ed esplodere, di Adam Mann per ScienceNews – Dillon Dong, astronomo al Caltech

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“Lifting” stellare delle Vagabonde Blu

La vecchia stella che nasce falsamente ringiovanita dalla fusione delle 2 vecchissime stelle progenitrici

Gli ammassi globulari sono formati da stelle vecchissime di 12-13 miliardi di anni, tuttavia una piccola frazione di esse appare molto più giovane allontanandosi dalla linea del diagramma di Hertzsprung-Russell H-R di cui ti ho parlato nel post 2_mss, e per questo motivo vengono chiamate “Vagabonde blu”, ne ho già parlato poco fa.

Due delle stelle così vecchie dell’ammasso, fondendosi tra loro possono produrre una Vagabonda Blu, stella vecchia che si è però ringiovanita nel processo.

stelle rosse e stelle blu appartengono proprio alle due modalità di formazione delle Vagabonde Bluammasso globulare M107 – credit NASA ingrandisci, enlarge

Questo tipo particolare di stella si può formare si presume in entrambi i modi:

  • tramite vampirismo
  • oppure tramite collisione

da cui derivano due tipi distinti di Vagabonde Blu, leggermente diverse. Praticamente i due meccanismi permettono loro di tornare ad apparire come all’inizio del loro ciclo di esistenza.

“È come vedere alcuni bambini in un ospizio per pensionati”

Francesco Ferraro, Università di Bologna

stelle “vampiro” che ringiovaniscono, Le Scienze

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Anomalìe? Fanno progredire la Ricerca Astronomica
L’Universo è troppo giovane per spiegare tutto…

Quando le scoperte non rispettano i modelli previsti, spesso c’è lo zampino di altre variabili inaspettate…

  • a volte le anomalie riscontrate potrebbero essere causate da un terzo elemento difficile da riconoscere, ad esempio una Stella di Neutroni in mezzo a due Buchi Neri (Sistema Ternario)

conferenza di Alessandro Drago sulle stelle di neutroni

Nane Bianche che non dovrebbero esistere!

Coppie di Nane Bianche vicinissime e velocissime
“Sistema Binario di Corto Periodo”

Di Sistemi come questi ne conosciamo pochi perché sono difficili da scoprire: le due Nane Bianche sono così vicine da sembrare fuse in un unico punto luce!

rappresentazione artistica del sistema binario di corto periodo SDSS J2322+0509, la Nana Bianca di colore blu è la più massiccia e calda, credit M. Weiss

Nella costellazione dei Pesci, a una distanza dalla Terra di circa 2.500 anni luce si trova questo Sistema Binario di corto periodo, SDSS J2322+0509, in cui le due Nane sono vicinissime e velocissime (135.000 km di distanza l’una dall’altra, e velocità 706 km/s, la Terra per confronto “vola” a 29,8 km/s): sono Nane Bianche con nuclei di Elio He, a differenza di quelle più massicce, che hanno nuclei di Carbonio C e Ossigeno O. L’Universo è troppo giovane (13,8 miliardi di anni) perché queste si possano essere formate alla fine della vita di stelle di Sequenza Principale!

Le stelle progenitrici hanno condiviso un involucro comune di Giganti Rosse, dopo che prima una e poi l’altra furono uscite dalla Sequenza Principale, e ciascuna di esse diventò a un certo punto una Gigante Rossa, inglobando la vicina compagna binaria. L’involucro comune CE ha finito per privare le stelle dei rispettivi involucri esterni, lasciando esposti i nuclei degeneri. Dalla fusione delle Nane Bianche risulterà una singola Nana Bianca più massiccia.

  • i corpi attraversati da onde gravitazionali si deformano in modo cruciforme, cioè si allungano e si accorciano ciclicamente, con una deformazione che varia in base all’angolo di provenienza delle onde!

Onde gravitazionali e nane bianche, sistema binario di corto periodo, diodati

Coppie di Nane Bianche di bassa massa
Sistemi Binari
Ultra-compatti

L’Universo non è abbastanza vecchio per creare Nane Bianche con massa così bassa, con massa inferiore a 0.3 volte la massa del Sole, per conto proprio (per le Nane Bianche trovi descrizione nel capitolo 2_mss). Eppure ci sono! Succede in realtà perché hanno compagne in orbita vicina, da qui la definizione “Sistemi Binari Ultra-compatti”.

rappresentazione artistica, crediti: Melissa Weiss

98 nane bianche doppie, Maura Sandri, Media Inaf

Un Buco Nero quieto che non dovrebbe esistere!

Lb-1
SMBH Monstre!

I Buchi Neri Stellari (SMBH) hanno masse che dovrebbero rientrare tra 5 e 100 MS. Nella Via Lattea si stima esistano 100 milioni di Buchi Neri Stellari la maggior parte però leggeri, non più di 15 MS. Invece, come spesso accade in Astronomia (quasi a volerci provocare per smuovere le nostre certezze e costringere a rivedere i dati), ad appena 15.000 anni luce da noi c’è un Buco Nero Stellare da ben 70 MS, un Monstre!

Rappresentazione artistica, credits Jingchuan Yu

Lb-1 non dovrebbe esistere, ed è in Sistema Binario con una stella di classe B che gli ruota attorno con un periodo orbitale di soli 79 giorni. Altra caratteristica di questo Buco Nero così massiccio per essere stellare, è che non emette raggi X, è quindi “silenzioso”, a differenza di tutti i Buchi Neri stellari fino ad oggi identificati. Se vuoi sapere come lo hanno scovato vai al capitolo I Buchi Neri dormienti come li scoprono?“.

Enorme e impossibile, il buco nero che non dovrebbe esistere, le Scienze, fonte Inaf
Team internazionale di scienziati guidato da Jifeng Liu, astrofisico all’Osservatorio astronomico nazionale di Pechino dell’Accademia cinese delle scienze, e del quale fa parte anche Mario Lattanzi dell’Inaf di Torino

Un Quasar che non dovrebbe esistere!

Il Quasar più massiccio e antico
“Pōniuāʻena”

J1007+2115 è il Quasar che ospita il Buco Nero più massiccio e antico, un Smbh con massa di 1 miliardo e mezzo di MS. Questo incredibile motore potrebbe essere nato 700 milioni di anni dopo il Big Bang (ma forse anche prima), la sua luce impiega ben 13,02 miliardi di anni per raggiungere la Terra.

Rappresentazione artistica, credit International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P.Marenfeld

Il problema che ne deriva è che risulta essere un tempo troppo breve perché questo Monster abbia potuto crescere a partire da un piccolo BH (SMBH), diventando così grande! Jinyi Yang dell’University of Arizona e il coautore Xiaohui Fan hanno spiegato che, mentre subito dopo il Big Bang “l’Universo era molto freddo, privo di stelle e di luce”, ad appena “300-400 milioni di anni sono apparse le prime stelle e galassie che hanno iniziato a riscaldare il Cosmo”.

Una nota sul nome molto particolare e caratteristico dato a questo Quasar:
Pōniuāʻena
Sorgente rotante invisibile di creazione, circondata da brillanza
L’iniziativa nasce con lo scopo di valorizzare la cultura dei luoghi in cui risiedono i telescopi che hanno consentito le varie scoperte: in questo caso si tratta dei telescopi Gemini in cima al Mauna Kea, sull’isola di Hawaii (ne ho accennato nell’episodio 3_dt a proposito dell’Even Horizon Telescope).

un mostruoso buco nero all’alba del cosmo, Bubbi

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Coppie strane

La Nana Bianca meno massiccia della stella compagna

Nana Bianca + stella ordinaria più massiccia di lei
Variabili Cataclismiche

Nel 2083 (con un margine di errore di +/- 16 anni) V Sge, la binaria V Sagittae a 7.700 anni luce da noi, nella costellazione Freccia, darà luogo a fusione esplodendo in Nòva, così ha predetto il professore emerito della Louisiana State University Bradley Schaefer. V Sge è una variabile cataclismica particolare, poiché la stella ordinaria compagna della Nana Bianca è ben 3,9 volte più massiccia di lei e non il contrario, come accade spesso (le Nane Bianche sono di fama stelle rimpicciolite e molto massicce). Le sue caratteristiche sono:

rappresentazione artistica, credits illustration and copyright David A. Hardy & Ppparc
  • è la più estrema di tutte le variabili cataclismiche, circa cento volte più luminosa delle altre
  • sta inoltre alimentando un intenso vento stellare

“splenderà in cielo luminosa quanto Sirio, forse addirittura quanto Venere”

Bradley Schaefer, Louisiana State University
“l’abbraccio tra Venere e Antares nel cielo vespertino”, 17/10/21 – credit Dario Orizio su Facebook

Marco Malaspina per Inaf ed Elena Mason per Inaf-Ts

Nane Bianche eccezioni alla regola della massa diversa

Nane Bianche di massa simile

A 150 anni luce da noi, WDJ0551+4135, una Nana Bianca ultra-massiccia insolita: idrogeno H e carbonio C nello strato esterno, quando normalmente è idrogeno H ed elio He oppure elio He e carbonio C (non ricordi i simboli degli elementi chimici? Non preoccuparti, rinfresca la memoria qui). Si ritiene che abbia origine dalla fusione di due Nane Bianche di massa simile, mentre di solito le fusioni di 2 stelle avvengono con masse diverse!

rappresentazione artistica, credit University of Warwick/Mark Garlick
  • gran parte delle Nane Bianche hanno 0,6 MS, questa ha 1,4 MS, quindi è molto vicina al limite di Chandrasekhar
  • si muove veloce (le stelle più vecchie orbitano nella Via Lattea più velocemente di quelle giovani)

insolita fusione di 2 Nane bianche, Bubbi

Peso massimo e Peso piuma vicinissimi

Pulsar ultrapesante + Nana ultraleggera
alla distanza Terra-Luna in orbita flash

PSR J1653-0158 è un Sistema Stellare Binario in cui si trova:
– una pulsar molto massiccia (2 MS)
– uno scheletro di stella Nana (0,01 MS) che le ruota attorno in rotazione molto stretta

Per percorrere un’orbita paragonabile a quella del sistema Terra-Luna (durata un mese), la Nana impiega infatti appena 75 minuti!

rappresentazione artistica del sistema stellare binario con la pulsar J1653-0158 (in basso) confrontato con il sistema Terra-Luna (in alto). Dimensioni ed orbite sono in scala: Terra, Luna (in alto a sinistra e a destra) e la stella Nana a destra sono come le vedi, mentre la Stella di neutroni estremamente massiccia è stata ingrandita 450 volte, altrimenti, avendo un diametro di circa 20 km, sarebbe rimasta invisibile.
Credits: Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA

La pulsar è anche particolare:
– oltre ad essere una delle più veloci (una millisecondo) con ben 500 giri al secondo
– stranamente nonostante questo ha un campo magnetico eccezionalmente debole
ed è completamente invisibile nelle onde radio (forse non li emette verso la Terra, o forse nuvole di plasma oscurano il sistema)
è una pulsar gamma, emette questo tipo di radiazione

La pulsar millisecondo PSR J1653-0158 è così la seconda pulsar in rapida rotazione da cui non si vedono onde radio.

  • per provare in modo inequivocabile l’esistenza di una stella di neutroni è necessario rilevare non solo le sue onde radio o raggi gamma, ma anche le sue pulsazioni caratteristiche
  • altro modo per dedurre l’esistenza di una stella di neutroni è la velocità in rapporto alle dimensioni: una stella di neutroni di 30 km che gira 30 volte al secondo non perde pezzi all’equatore, mentre se a quella velocità gira una Nana Bianca che è di diametro di 10.000 km, quella sì che perde pezzi (Alessandro Drago, conferenza “Le stelle di Neutroni dalla nascita alla morte“)

strana danza supermassiccia e peso mosca, global science

La stella che pulsa da un lato solo

Stella ordinaria deformata A GOCCIA da Nana Rossa

Quando si parla di “stelle pulsanti” si intendono pulsazioni ritmiche della superficie stellare ed è un fenomeno conosciuto da tempo (se ne occupa l’astrosismologia), infatti anche il nostro Sole le produce.
In questo caso la stranezza di HD74423, che ha 1,7 MS e si trova a circa 1.500 anni luce da noi, è il fatto che pulsa in modo asimmetrico. Il mistero è presto svelato, poiché fa parte di un Sistema Binario in cui la stella ordinaria deformata a forma di goccia e pulsante solo da quel lato subisce l’azione gravitazionale della piccola compagna Nana Rossa.

artistic animation credit Gabriel Pérez Díaz (IAC), NASA/TESS

VIDEO stella goccia, MediaInaf Tv youtube

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Astronomia multimessaggero:
fusioni di ultracompatti
e
onde gravitazionali

Un tempo si riteneva che solo coppie di Buchi Neri oppure coppie di Stelle di Neutroni potessero produrre, nella collisione, onde gravitazionali. Oggi sappiamo che non è così: succede anche per coppie miste Buco Nero + Stella di Neutroni.

Punto importante da evidenziare: solo i corpi celesti molto massicci producono onde gravitazionali rilevabili da così grandi distanze.

  • quando avviene la coalescènza di due stelle di neutroni, il sistema, prima della collisione, irradia onde gravitazionali per circa 1 minuto e 40 secondi, e in seguito emette un potente FGRB (Fast Gamma Ray Burst = Lampo Gamma)
animazione digitale di binaria di Stelle di Neutroni che si avvia alla fusione (coalescenza)
animazione digitale di binaria di Buchi Neri che si avviano alla fusione (coalescenza)

L’osservazione combinata del lampo di raggi gamma e delle onde gravitazionali conferma le previsioni della Teoria della Relatività Generale di Einstein:

  • le onde gravitazionali si propagano alla velocità della luce
  • “Short Gamma-Ray Burst” e coalescènza di stelle di neutroni sono fenomeni collegati

Kilonòva = merging
di stelle di neutroni

La prima fonte scoperta di onde gravitazionali

Rappresentazione artistica, credits: University of Warwick/Mark Garlick

Istantanea cronologia flash

  • nel 1974, la scoperta della prima “pulsar binaria”, due stelle di neutroni, di cui una visibile come “radio pulsar”, che orbitando una intorno all’altra si avviavano inesorabilmente verso la coalescènza (fusione)
  • nel 2003-2004, un gruppo internazionale di radioastronomi, a guida italiana, scopre la prima “pulsar doppia”, cioè due stelle di neutroni orbitanti una intorno all’altra, osservabili però entrambe come radio pulsar
  • 14/09/2015: registrato per la 1^ volta il passaggio di un’onda gravitazionale, evento GW150914, scoperta congiunta dalle collaborazioni LIGO e Virgo (e premio Nobel per la fisica nel 2017)
  • 17/08/2017: registrato il primo evento combinato di onde gravitazionali e lampo gamma chiamato GW170817
  • 25/04/2019: il secondo evento registrato, GW190425, l’interferometro LIGO ha rilevato la fusione -merging- di due stelle di neutroni a circa 520 milioni di anni luce di distanza
  • a marzo 2020 il totale delle onde gravitazionali osservate ammonta a ben 90! Solo tra aprile 2019 e questa data ne sono state registrate 79!

Alla fine del post trovi una breve “legenda” sugli interferòmetri coinvolti in queste eccezionali scoperte.

rappresentazione artistica di GW190425 – credits National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Sia le Stelle di neutroni che i Buchi neri sono i resti ultradensi di una stella morta, ma non abbiamo mai visto un buco nero più piccolo di 5 volte la massa del Sole, o una stella di neutroni più grande di circa 2,5 volte la massa del Sole.
Non sappiamo ancora se GW190425 abbia provocato un piccolo buco nero o una grande stella di neutroni…

Michelle Starr, ScienceAlert
rappresentazione artistica Nasa

wonderful gaia, GW170817 nell’agosto del 2017.

Stella di Neutroni + Stella di Neutroni
Kilonòva

“Einstein, nella sua Teoria della Relatività Generale, aveva previsto il tasso di avvicinamento e aveva calcolato che mentre due Stelle di neutroni si avvicinano orbitando, emettono onde gravitazionali e questa emissione fa loro perdere un po’ di energia orbitale. In questa fase tali onde sono troppo deboli per essere misurabili da Terra, ma Einstein aveva previsto anche che al momento della coalescènza avvenisse un’esplosione di onde gravitazionali, osservabile con rivelatori di tali onde anche fino a distanze importanti”

Editoriale del Presidente Inaf, Nichi D’Amico, credits CC BY-NC-SA 4.0
rappresentazione artistica, credits: Robin Dienel – Carnegie Institution for Science

La fusione di 2 stelle di Neutroni da luogo ad una esplosione colossale detta Kilonòva: nelle ultime fasi che la precedono vengono prodotte onde gravitazionali e durante la colossale esplosione, in un istante viene irrorata l’area galattica di elementi pesanti. Il materiale proiettato a grande distanza nello spazio circostante continua ad emettere luce (afterglow), e probabilmente in esso avvengono fenomeni di nucleosìntesi con produzione di elementi più pesanti del Ferro (ad esempio confermati Oro e Platino).

Rappresentazione artistica di Kilonova, credit immagine: NASA Goddard Space Flight Center / laboratorio CI

“Al momento della collisione, gran parte della massa delle due Stelle di neutroni si è fusa in un oggetto densissimo, emettendo una “palla di fuoco” di raggi gamma. Ciò che segue questa palla di fuoco iniziale è una “kilonova”, osservabile appunto nella banda visibile in tutta la sua spettacolare scenografia: un fenomeno durante il quale il materiale rilasciato dalla collisione delle stelle di neutroni viene lanciato violentemente lontano nello spazio, generando la fusione di elementi pesanti, come l’oro e il platino.”

Nichi D’Amico, presidente dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, 17/10/2017

Come dice D’Amico, “la massa delle due stelle di neutroni si è fusa in un oggetto densissimo….”, quindi, aggiungo, ancora più denso, incredibilmente, delle già densissime stelle di neutroni, qualcosa che diventa sempre più sconcertante.

Qui sotto, il suono di due stelle di neutroni che si scontrano! Non aspettarti grandi effetti speciali, ma considera che l’evento è talmente gigantesco da non poter essere riportato ad orecchio umano. Gli astronomi hanno utilizzato il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), con sede negli Stati Uniti, finanziato dalla National Science Foundation (NSF); il rilevatore Virgo con sede in Europa; e circa 70 osservatori terrestri e spaziali.

animazione digitale Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab, LIGO/University of Oregon/Ben Farr – Source: https://goo.gl/W5q4hk

INAF, Istituto Nazionale di Astrofisica
orgoglio italiano !

Inaf ha ottenuto le prime fotografie di una sorgente di onde gravitazionali; l’astronomia multimessaggero vede 3 aspetti complementari unire le forze:
1 – fisica fondamentale (VIRGO e INFN)
2 – astrofisica (INAF e i suoi grandi impianti)
3 – aerospazio (ASI) e le sue missioni (ESA e NASA)

Nell’immagine composita la galassia NGC 4993 osservata da numerosi telescopi e strumenti dell’ESO, che rivelano una debole sorgente di luce vicina al centro della galassia. Credits: VLT/VIMOS, VLT/MUSE, MPG/ESO 2.2-metre telescope/GROND, VISTA/VIRCAM, VST/OmegaCAM ingrandisci, enlarge

Quando due stelle di neutroni si scontrano, M. Rochis
Osservata onda gravitazionale dalla fusione di stelle di neutroni, Università del Sannio

  • in 1/2 secondo il Fast Gamma Ray Burst (FGRB) emette più energia del Sole in tutta la sua vita in Sequenza Principale, 10 miliardi di anni!
  • in 50 secondi tale evento catastrofico diventa 1 miliardo di volte più luminoso di tutte le stelle della Via Lattea!
  • il materiale esploso viaggia a 60.000 km/s (ricordi la velocità nella Supernova? 30.000 km/s!!) cioè al 20% della velocità della luce!
  • in base a considerazioni statistiche ci si aspetta, grazie alle onde gravitazionali, un “tasso cosmico” di coalescènze (fusioni) di stelle di neutroni di una all’anno, mentre prima si pensava accadessero molto più raramente

Hubble, Far across the universe
Curceanu, la brillante nascita

Come Resto si può formare una Màgnetar (la “g” si legge come in “magma”), stella di Neutroni ultracompatta di cui parlo tra pochissimo, che può sopravvivere all’esplosione ed eventualmente collassare in Buco Nero.

Onde gravitazionali anche da coppie miste

rappresentazione digitale di una binaria Buco Nero – Stella di Neutroni, credits Mark Myers – OzGrav/Swinburne University

Come anticipato nel sottocapitolo del “Cannibalismo cosmico“, nelle coppie miste di eventi GW200105 e GW200115, rispettivamente
– SMBH 8,9 MS + SN 1,9 MS
– SMBH 5,7 MS + SN 1,5 MS

i Buchi Neri Stellari hanno divorato in un solo boccone la compagna Stella di neutroni, quando solitamente essa avvicinandosi al Buco Nero dovrebbe venire gradualmente smembrata e distrutta dalle forze mareali.

rappresentazione artistica, credit: Carl Knox, OzGrav – Swinburne University

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Sezione Màgnetar

si legge “MàGnetar” con la G di magma

Gli acceleratori di particelle più efficienti del Cosmo

Màgnetar + Supergigante
Sistema Binario a Raggi Gamma

I Sistemi di stelle binarie a Raggi Gamma sono conosciuti da poco tempo e molto rari, composti da:
– una stella primaria massiccia (20-30 MS)
– un oggetto ultracompatto che finora si ipotizzava fosse una stella di neutroni o un buco nero, ma oggi si propende per una Màgnetar

rappresentazione artistica del Sistema LS 5039. Màgnetar a sinistra con intenso campo magnetico, Supergigante a destra. Credits: Kavli IPMU

Le màgnetar sono sempre state osservate come oggetti singoli: nessuno aveva mai pensato potessero far parte anche di sistemi binari, e questo insegna sempre che bisogna restare aperti di mente!
Visto che questi sistemi irradiano in banda X e gamma, è stata istituita solo di recente questa nuova classe di oggetti, da quando sono diventate possibili le osservazioni di raggi gamma ad altissima energia (nella banda del TeV).

Il ricercatore giapponese Hiroki Yoneda e un gruppo di scienziati del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe hanno studiato il sistema LS 5039, il Binario di raggi gamma più luminoso tra i 10 osservati finora nella nostra galassia.

Acceleratori di particelle
il processo di accelerazione delle particelle del sistema è dovuto all’interazione tra i venti stellari della stella primaria e il forte campo magnetico della stella di neutroni: il vento stellare interagisce con il campo magnetico molto intenso della Màgnetar, permettendo agli elettroni di aumentare di molto la loro energia, anche di 1 TeV in poche decine di secondi, cosa che con i Resti di una “normale” Supernova può avvenire solo in decine di anni!

Nuovi indizi sulla natura dei sistemi binari a raggi gamma, di Mariasole Maglione per Astrospace.it

  • nella nostra galassia sono stati trovati 10 Sistemi Binari a raggi gamma, e circa 300 binarie a raggi X
  • i raggi gamma restano ancora una banda dello spettro elettromagnetico molto difficile da osservare

Esotiche stelle di neutroni, i magneti più potenti del Cosmo

Màgnetar
MAGNETic stAR

non si legge la “g” come in “magnetico”, bensì come in “maGma”

Nell’episodio precedente, 3_dt, ti ho presentato una scheda riassuntiva per la Stella di Neutroni, ma qui posso ora presentarti una classe pazzesca di questi oggetti ultracompatti, le Màgnetar: una Màgnetar appena nata ha un campo magnetico che può essere mille miliardi di volte quello del Sole!

So che questo in realtà ti dice poco, lo capisco, sono numeri sparati sembra quasi solo per produrre effetti speciali, ma poi chi ti dice che siano reali e non inventati solo per stupire?

Campo magnetico senza eguali,
ma vita breve!


Da un articolo dell’astrofisico Lorenzo Colombo del gruppo Chi Ha Paura Del Buio?” ricavo questi dati davvero affascinanti che descrivono bene la potenza :

  • se ne mettessi una al posto della Luna (384.000 km), ma anche a solo 1/6 della distanza, 64.000 km) sarebbe in grado di smagnetizzarti bancomat e carte di credito, e se la piazzassi al posto di un satellite artificiale in orbita bassa (LEO, Low Earth Orbit) a 1.000 km, i tuoi atomi sarebbero distorti e strizzati al punto che tutti i legami chimici andrebbero in pezzi. Un processo molto doloroso

Personalmente, ho provato a contribuire con una interpretazione artistica, aiutato dalla mia impareggiabile consulente artistica privata, mia moglie Tiziana Giammetta, e aiutato anche dalla consulenza con amici di Facebook esperti in astronomia, il prof. Ivan Spelti e Dario Orizio, che ringrazio. Ho considerato la Màgnetar ad 1/6 della distanza Terra-Luna, quindi 64.000 km, in 20 km di diametro una massa da 1,5 a 3 volte quella solare e quindi con una attrazione gravitazionale da paura, un campo magnetico mostruoso, una temperatura superficiale che può arrivare fino ad un milione di K, e infine un residuo stellare che resterebbe pressoché invisibile se non fosse per tutta questa cornice da Apocalisse e per le radiazioni X e gamma potentissime causate da stellamòti… in pratica un inferno per la Terra e il nostro satellite…

A sinistra, bellissimo cielo serale con falce di Luna, foto gentilmente concessa da Rossana Miani del Gruppo Facebook SPF Spazio Penultima Frontiera; a destra elaborazione digitale di mia moglie Tiziana “Tirtha” Giammetta
  • inoltre le Màgnetar sono talmente dense ed hanno un tale potere gravitazionale (quasi come quello di un Buco Nero), che anche spostamenti di pochi centimetri possono liberare energie spaventose… cosa che succede quando la crosta metallica superdura si spacca e si muove (la stella progressivamente si raffredda e contrae, perché i campi magnetici, per quanto titanici, progressivamente decadono)
  • i Lampi Gamma Brevi (FGRB) generati rendono “visibili” questi oggetti allucinanti anche da 50.000 anni luce di distanza; in realtà una stella di questo tipo rimane pressoché invisibile fino a quando non produce quegli occasionali e violentissimi lampi X e gamma
rappresentazione artistica di un FGRB, credit immagine: NASA/ESA/D. Player

Sì (dirai) ok, interessante!
Okkkkk???!!!!! (rispondo io)
Ma hai capito veramente cos’è un singolo unico Anno Luce!?

Ecco dove si colloca l’Anno Luce, la X, e sotto, prima il corrispondente in Unità Astronomiche e poi in Km; prova ad immaginarlo… la Terra si trova ad 1 Unità Astronomica dal Sole, vale a dire 150 milioni di km e ovviamente le distanze non possono essere in scala e nemmeno le dimensioni di pianeti e stelle… considera che il solo Sistema Solare, che occupa nell’infografica la metà di sinistra, in realtà per occupare lo spazio di un Anno Luce dovrebbe essere ripetuto più di 260 volte!

Eventi rari
“Comunque tranquillo“, Lorenzo si affretta a concludere, “sono eventi rari e tali lampi vengono emessi solo in 2 strettissimi fasci emessi ai poli del campo magnetico, con un raggio d’azione di 1.000 anni luce appunto, molto improbabile essere colpiti…” (Credis: ESA/ATG medialab)

Caratteristiche Màgnetar:
campo magnetico particolarmente intenso
rotazione più lenta rispetto alle stelle di neutroni
– intensa variabilità

– la temperatura superficiale può arrivare fino a 10 milioni K

Campo magnetico
per avere un’idea, risulta un centinaio di milioni di volte più potente dei più forti campi magnetici mai prodotti dall’uomo e miliardi di volte più di quello terrestre! Un tale campo magnetico si può formare durante la fusione di 2 stelle, a causa delle forti turbolenze!

  • Terra = 1 Gauss
  • calamita = 100 Gauss
  • Sole, campo magnetico macchie solari = 2.000-3.000 Gauss
  • Stella Neutroni = 1.000 miliardi di Gauss
  • Màgnetar = 1 milione di miliardi di Gauss

Magnetar fuori dell’ordinario, Natale Seremia

Tuttavia una Màgnetar ha vita cosmicamente breve, dura “solo” 10.000 anni , perché i campi magnetici decadono.

la brillante nascita di un mostro magnetico, cronache dal silenzio

  • la radiazione emessa in mezzo secondo da un FGRB può essere più intensa di tutta quella prodotta dal Sole in tutta la sua vita, e parliamo di più di 10 miliardi di anni!
  • “Estinzioni di massa”: pensa solo che a causa di questi lampi di radiazioni potentissime, ogni pianeta entro 1.000 anni luce verrebbe completamente sterilizzato!

Altre possibilità per far nascere Màgnetar

Una volta si pensava che le Màgnetar potessero nascere solo in seguito alla morte di stelle molto massicce, oltre 8 MS, in seguito a Supernova II. In realtà studi recenti, grazie all’Astronomia Multimessaggero, rivelano che ci possono essere anche altre possibilità: ad esempio quando 2 stelle massicce si fondono nasce una stella ancora più massiccia, una Vagabonda Blu, e quando questa esplode in Supernòva forma una Màgnetar! (esempio Tau Scorpii, 500 anni luce)

rappresentazione artistica del sistema MY Cam – ©RUVID

Come nasce una Magnetar, Universo Astronomia di Barbara Bubbi

AXP – “Anomal X Pulsar”
Màgnetar di classe inferiore

credits NASA/CXC/SAO

La maggior parte di queste particolari pulsar sono Magnetar!
Di 30 magnetar conosciute, 8 sono all’interno di Resti di Supernova (SNR).
KES 73 si trova a circa 28.000 anni luce nella costellazione Scùtum (scudo) ed è una Magnetar anomala perché:

  • non mostra arricchimento chimico di elementi prodotti da una progenitrice di massa
  • nata probabilmente da stella SRG (SuperGigante Rossa) a bassa massa (<20 MS), che ha perso massa prima di esplodere lasciando la AXP

Kes 73 e la sua Magnetar, Cristina Ribeiro, Fb

Terremoto Màgnetar

Fast Radio Burst (FRB) secondo gli astronomi si producono quando la crosta di una Màgnetar (stella di neutroni particolarmente massiccia e magnetica), milioni di volte più dura dell’acciaio, a causa dell’enorme tensione tra gravità e campo magnetico improvvisamente si rompe e trancia, provocando uno stellamòto o terremoto Màgnetar, nel quale tale durissima crosta slitta di appena 1 millimetro scuotendo i campi magnetici intensissimi!

rappresentazione artistica di un episodio di rottura della crosta o stellamòto, team di progettazione grafica della McGill University

“Tali onde possono propagarsi alla magnetosfera della stella, convertendosi in blob di plasma magnetizzato, e immediatamente questi plasmoidi accelerano verso l’esterno dalla stella guidando onde d’urto nel vento màgnetar circostante che generano raggi X e raffiche radio simultanee”

Plasmoid Ejection by Alfvén Waves and the Fast Radio Bursts from SGR 1935+2154, Yajie Yuan et al 2020 ApJL 900 L21
rappresentazione artistica di un’eruzione da una Magnetar, rappresentazione artistica credit NASA Goddard Visualization Studio
  • le Màgnetar sono oggetti generati dall’esplosione di una Supernova con una probabilità del 10% quando la stella che esplode ha già una veloce rotazione e un forte magnetismo interno
  • i Lampi Radio Veloci (FRB) sono brevi ed intensi impulsi radio della durata di pochi millisecondi, in grado di emettere più energia di centinaia di milioni di Soli in un battito di ciglia (scoperti per la prima volta nel 2007)
  • gli FRB, sempre rilevati in altre galassie, finalmente è successo che siano stati registrati anche nella Via Lattea e così ora sappiamo che sono provocati anche dalle Màgnetar
rappresentazione artistica XMM-Newton_Magnetar-illustration_08-13_625-1, credits ESA

lampi radio da una magnetar nella via lattea, Bubbi
rilevato il primo lampo radio veloce nella via Lattea, Aerospacecue (Close-up Engineering), Caterina Triaca
nuovi indizi sulla natura dei sistemi binari a raggi gamma, di Mariasole Maglione perAstrospace.it

Màgnetar esplosa a 50.000 anni luce ha creato disturbi in atmosfera come una Cme

Quando esplode una Màgnetar, emissione di raggi X e gamma!
Nel 2004 SGR 1806-20 nella Via Lattea a 50.000 anni luce, in 2 decimi di secondo ha emesso una quantità di X e gamma che il Sole emette in 150.000 anni!

Rappresentazione artistica della devastante onda magnetica generata probabilmente da un terremoto Màgnetar su SGR 1806–20, a 50.000 anni luce di distanza. Gli effetti dell’esplosione raggiunsero la Terra sotto forma di una pioggia di raggi gamma e raggi X il 27 dicembre 2004 – credit: NASA

L’onda magnetica che ha investito l’atmosfera terrestre fino alla quota di 20 km ha causato disturbi alle telecomunicazioni e ai satelliti artificiali. Se la stessa esplosione fosse avvenuta a 10 anni luce di distanza o meno, avrebbe causato un’estinzione di massa e spazzato via il genere umano!

se non hai pratica di Cme, eruzioni di massa coronale, ho una serie di post, “In a nutshell” about Aurora, che potrebbe interessarti, comoda e ricca

La pasta nucleare delle stelle di neutroni, di Michele Diodati, blog Spazio Tempo Luce Energia
Significato Magnetar, Monica Simonetto

J1818-1607 si trova a 21 anni luce, in prossimità del piano della Via Lattea, e come Màgnetar è una delle più veloci, 1 rotazione in 1,4 secondi. È la trentunesima Màgnetar su 3.000 stelle di Neutroni scoperte, e la quinta Màgnetar che è anche Pulsar!

  • se una Màgnetar entro 10 anni luce emettesse un fascio di radiazioni verso di noi, tutta la vita biologica sarebbe istantaneamente vaporizzata
  • si ritiene che 1 Supernova su 10 degeneri in Màgnetar
  • nell’Universo avvengono 5.000 FRB al giorno, qualcuno anche ripetuto! (FRB 200428)
  • in 1 millisecondo un FRB da Màgnetar emette più energia del Sole in una settimana! (Global Science + video sound)
  • Le fusioni stellari sono relativamente frequenti: il 10% delle stelle massicce della Via Lattea derivano da tali fusioni!

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Scegli: mostro “magnetico”
o mostro di oscurità?

Doppio trasferimento di massa risparmia il collasso a Buco Nero

Supergigante + Supergigante
Sistema binario super-compatto

L’ammasso stellare Westerlund 1, a circa 16.000 anni luce dalla Terra nella costellazione australe dell’Ara, contiene una delle circa 20 Màgnetar note nella Via Lattea (articolo del 2014). Si chiama CXOU J164710.2-455216

L’ammasso stellare Westerlund 1 e la posizione della magnetar e della probabile ex-compagna. Crediti: ESO ingrandisci, enlarge

La Màgnetar sotto processo deve essere nata dalla morte esplosiva di una stella di massa pari a circa 40 volte quella del Sole, ma se hai seguito questa serie sulla Polvere di Stelle, dovresti saper obiettare che stelle così massicce dovrebbero collassare in un Buco nero dopo la propria morte, non in una Stella di neutroni, giusto? Infatti hai ragione!

Un’equipe di astronomi europei, utilizzando il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO,
Simon Clark, autore principale dell’articolo, Ben Ritchie (Open University), co-autore, e Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Spagna), ha suggerito che la màgnetar si è formata attraverso l’interazione di due stelle molto massicce, quindi Supergiganti o Ipergiganti, in orbita l’una intorno all’altra in un Sistema Binario così compatto che sarebbe contenuto dall’orbita della Terra intorno al Sole (150 milioni di km, la cosiddetta Unità Astronomica).

In questo sistema, la danza tra due Supergiganti si fa complessa: il trasferimento di massa avviene in due tempi e in direzioni opposte e così facendo risparmia ad una delle due il destino segnato di diventare Buco Nero, poiché le impedisce di crescere troppo, ne aumenta rotazione e campo magnetico in modo tale farla evolvere in Màgnetar.

In breve, è affascinante seguire cosa può essere successo:

  • prima la stella più massiccia delle due, A, finendo il combustibile trasferisce strati esterni alla compagna meno massiccia candidata a diventare Buco Nero, B, che ricevendo grandi quantità di materiale ruota sempre più velocemente, e tale rotazione è essenziale per formare il campo magnetico ultra forte della Màgnetar
  • poi, B è diventata così massiccia avendo accumulato tutto quel materiale, che a sua volta inizia a perderne parecchio: una parte si perde, una parte torna ad A, che oggi brilla come Westerlund 1-5
Rappresentazione artistica della Màgnetar CXOU J164710.2-455216 nell’ammasso stellare Westerlund 1, che si è formata probabilmente all’interno di un sistema binario. Crediti: ESO/L. Calçada

Quindi, ricapitolando, la rapida rotazione e questo doppio scambio di materia tra stelle supermassicce, insolito, sono la ricetta per far sì che, in un Sistema doppio, possa nascere una Màgnetar: ha infatti reso Westerlund 1-5 così particolare e ha consentito alla candidata a Buco Nero di diminuire massa così tanto da evitare il destino di mostro buio per diventare invece un mostro magnetico potente e temibile, anche se di vita breve.

rappresentazione artisticaCredit NASA/Penn State University/Casey Reed

Ecco come si formano le Màgnetar, Eleonora Ferroni per Inaf

Le stelle più massicce si formano dal merging di stelle meno massicce

Oppure, semplicemente, Body Building!

MY Camelopardalis (MY Cam), già accennato ad inizio post, nella costellazione della Giraffa, è un Sistema Binario ad eclissi: due stelle osservate da Terra vengono eclissate dai reciproci transiti a causa della disposizione del loro piano orbitale. Le 2 stelle in questione sono molto massicce, classe O, colore blu, molto calde e luminose, 38 e 32 MS. Sono entrambe ancora in Sequenza Principale (MS) e sono molto vicine tra loro, con un periodo orbitale di meno di 1,2 giorni.

rappresentazione artistica del sistema MY Cam – ©RUVID

Non solo probabilmente si sono originate come sono oggi, quasi a contatto, ma oltretutto il destino sarà il merging, cioè la loro fusione prima che abbiano il tempo di seguire la propria evoluzione, e da tale fusione si formerà un singolo oggetto con una massa superiore a 60 MS.

MY Cam, l’inizio di un merging stellare, di Corrado Ruscica
Due stelle finiranno per fondersi in una stella supermassiccia, Ruvid per SpaceRef

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A volte sopravvivono

Stella di Neutroni + SMBH o Kerr rapido

Le malcapitate Stelle di Neutroni che si scontrano con un Buco Nero vengono interamente divorate nella gran parte dei casi, a meno che il Buco Nero non sia piccolo (SMBH) o in rapida rotazione (Kerr rapido)