Supernova

Gli astronomi potrebbero aver visto una stella collassare direttamente in un buco nero

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Uno dei truismi di base in astronomia è che, quando una stella massiccia termina la sua vita, si spegne con un botto. UN grande uno. Una supernova.

Questa esplosione titanica viene innescata quando la stella esaurisce il combustibile nucleare nel suo nucleo. Il nucleo collassa in un attimo e l'energia generata in quel collasso è così immensa da spazzare via gli strati esterni. Questa esplosione è così colossale che può eclissare un'intera galassia! Nel frattempo, il nucleo collassato può formare una stella di neutroni esotica, o addirittura schiacciarsi in un buco nero.

Ora, ho saltato alcuni passaggi lì, ma questa è l'immagine generale (se vuoi di più, dai un'occhiata il mio episodio di Crash Course Astronomy su stelle e supernovae di grande massa ). Se vuoi un buco nero, devi far esplodere una stella enorme.



statua di jason nel lago di cristallo

Tranne, forse no . Si scopre che c'è una scappatoia che potrebbe consentire a una stella di aggirare la parte della supernova. Crolla direttamente in un buco nero senza l'esplosione. Viene rilasciata un po' di energia, ma non molto rispetto a una supernova, e alla fine quello che ottieni è una situazione in cui lo vedi adesso non lo vedi: la stella è lì, e poi all'improvviso... esso non lo è .

L'idea di una supernova fallita è un interessante problema astrofisico teorico, su cui gli scienziati stanno lavorando da un po' di tempo. Ma c'è stato un nuovo ed entusiasmante sviluppo: Gli astronomi ora pensano di averne visto uno!

NGC 6946Ingrandire

La galassia a spirale frontale NGC 6946, che ha ospitato 10 supernove nel secolo scorso. N6946-BH1 non è annotato, perché non è esploso. Credito: Damian Peach

La stella in questione si chiama N6946-BH1, ed è stata trovata in un'indagine molto interessante, specificamente progettata per cercare le supernove fallite. Usando il Telescopio binoculare grande in Arizona, sono state osservate più e più volte 27 galassie tutte entro circa 30 milioni di anni luce dalla Terra. Ogni immagine è stata faticosamente confrontata con le altre per cercare i transitori: oggetti che hanno cambiato luminosità. Anche utilizzando criteri piuttosto rigorosi, ne sono state trovate migliaia: le stelle cambiano luminosità per molte ragioni, ma la maggior parte non è dovuta al fatto che diventino supernova... o, in questo caso, non si trasformano in supernova.

Alla fine, il numero di oggetti interessanti è stato ridotto a soli 15. Sei di loro si sono rivelati stelle esplosive ordinarie (se l'esplosione titanica di pochi ottalioni di tonnellate di stelle che urlavano verso una frazione sostanziale del la velocità della luce può essere chiamata ho-hum), ma nove di loro si sono rivelati più interessanti.

Di questi, tutti tranne uno erano probabilmente eventi insoliti, come la fusione di due stelle, che può causare un'eruzione molto grande (e molto carina), ma ancora una volta non è all'altezza del risultato di una stella massiccia che muore. Alla fine, dopo aver cercato 27 galassie per sette anni, era rimasto un solo oggetto: N6946-BH1.

Nelle immagini precedenti, la stella è lì, chiaramente visibile nella galassia NGC 6946, una bella galassia a spirale di fronte a circa 20 milioni di anni luce di distanza (e una che ha avuto non meno di 10 supernove registrate nel secolo scorso; per coincidenza uno è stato visto proprio quest'anno). Poi, nelle immagini successive, non c'è più. Piace, andato : Scomparso. Puff.

N6946-BH1Ingrandire

Ora lo vedi... La stella N6946-BH1 è visibile nella precedente immagine di Hubble del 2007 (a sinistra) ma è scomparsa nel 2015 (a destra). Credito: NASA/ESA/C. amante (OSU)

Se fosse esplosa come una supernova sarebbe stata vista nelle immagini. Invece, nel 2009, è diventato brevemente più luminoso, emettendo un bagliore di circa un milione di volte più luminoso del Sole; poi è sbiadito così tanto che era solo circa il 2% della sua luminosità precedente (cioè prima del collasso) entro il 2015. E sì, in termini umani, un milione di volte la luminosità del Sole è spaventosamente brillante, ma in termini di supernova, è a malapena degno di nota; un tipico brillerà molti miliardi di volte più luminoso del Sole! Quindi questo era, nella migliore delle ipotesi, un po' un pop.

Quindi, come facciamo a sapere che non era una sorta di strana supernova, forse oscurata da molta polvere nella galassia ospite? Questo materiale è scuro e opaco e può bloccare completamente la luce anche da una normale supernova. Osservazioni di follow-up utilizzando il telescopio spaziale Spitzer dovrebbero rivelarlo, poiché la luce infrarossa può perforare la polvere. Spitzer ha visto un po' di luce IR dall'evento, circa 2000-3000 volte la luminosità del Sole. Ancora una volta, è molto, ma non è affatto vicino a quello che ti aspetteresti da una supernova. Anche una fusione stellare produrrebbe di più.

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Sembra davvero che ciò che resta sia ciò che gli astronomi stavano cercando da sempre: una supernova fallita.

Se è vero, questo è molto interessante, davvero. Come mai? A causa della fisica.

Video NASA/Goddard Spaceflight Center che spiega come una stella può collassare direttamente in un buco nero.

Ci vuole una stella enorme per esplodere; deve avere una pressione sufficiente nel nucleo (causata dalla massa della stella sopra di essa che si schiaccia su di essa) per fondere elementi successivamente più pesanti nel tempo. Innanzitutto, l'idrogeno si fonde in elio. Quindi, quando si esaurisce, l'elio viene fuso in carbonio e così via, finché il nucleo non si accumula ferro. Quando il ferro si fonde, non rilascia energia; lo assorbe. Questo è un grosso problema, perché è quel rilascio di energia di fusione che sostiene la stella (in modo simile all'aria calda che fa espandere un pallone). Una volta che la stella cerca di fondere il ferro, il nucleo crolla. Se il nucleo ha una massa fino a circa 2,8 volte quella del Sole, forma a stella di neutroni , ma se ne ha di più, forma un buco nero .

E in generale, in entrambi i casi, il collasso del nucleo innesca la supernova negli strati esterni e kaboom .

Ma è qui che diventa divertente. Potrebbe non succedere sempre così. Per una serie di masse del nucleo, i calcoli teorici mostrano che l'esplosione potrebbe bloccarsi. Gli strati esterni ottengono un calcio decente, ma non enorme. Se ne vanno, ma è un evento più delicato della violenza sfrenata di una supernova.

Ciò dipende da molti fattori, in realtà, ma tende ad accadere quando la massa totale della stella è circa 25 volte quella del Sole. Guardando le osservazioni di N6946-BH1, si tratta solo della massa che aveva.

E c'è di più. Vediamo nascere molte stelle di grande massa nelle galassie, ma non ci sono abbastanza supernove viste per spiegarle tutte. Ciò implica che le supernove fallite si verificano relativamente spesso.

Inoltre, quando osserviamo le masse delle stelle di neutroni e dei buchi neri, scopriamo che c'è un divario tra loro; i buchi neri di massa minore sono ancora considerevolmente più massicci delle stelle di neutroni di massa maggiore. Se tutti questi oggetti compatti si formassero da supernove regolari, ti aspetteresti che ci sia una transizione graduale. Questo perché, in una supernova, molto del materiale nella stella indugia ancora vicino al nucleo e può ricadere sulla stella di neutroni appena formata. Se ce n'è abbastanza, la stella di neutroni collasserà per formare un buco nero di piccola massa. Quindi ti aspetteresti di vedere molti buchi neri proprio al limite di massa inferiore. Ma non lo facciamo.

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Ah, ma nello scenario della supernova fallita, c'è molto Di più materiale rimasto - non c'era abbastanza energia nell'evento per spazzare via tutti gli strati esterni. Questo si schianta di nuovo e aggiunge la sua massa a quella della stella di neutroni, creando un buco nero molto più massiccio. Quindi, in realtà, l'esistenza di supernove fallite spiega molti fenomeni diversi.

E ora, molto probabilmente, ne abbiamo visto uno! Tuttavia, sarebbero gradite ulteriori osservazioni. Ad esempio, un buco nero di nuova formazione dovrebbe emettere molti raggi X, poiché il materiale si riscalda prima di cadere. Se vediamo quei raggi X, farebbe molto per capire cosa stiamo vedendo.

E ancora, questo è il primo che abbiamo visto. Dato il numero di supernove che erano rilevato nel sondaggio, implica che qualcosa come il 14% di tutte le morti di stelle di grande massa si traduca in supernove fallite. Se è così, allora abbiamo bisogno di più occhi sul cielo alla ricerca di questi eventi. Le supernovae sono ciò che creano e distribuiscono elementi letteralmente vitali per la nostra esistenza: ferro, calcio e altro. Senza di loro, io e te letteralmente non esisteremmo.

A mio parere, ciò rende questi eventi molto degni del nostro studio. Anche quando falliscono.

Immagine Credito: NASA/JPL-Caltech



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