Scienza

Piccola ma potente: gli astronomi trovano la nana bianca più piccola ma più massiccia mai vista

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Gli astronomi hanno trovato una piccola ma potente stella morta (ish), una nana bianca che è sia la più piccola che la più massiccia mai vista . Inoltre ruota rapidamente, racchiude un campo magnetico vorticoso e potrebbe alla fine collassare in una stella di neutroni ancora più piccola e più densa.

Seriamente, questa strana piccola cosa ha tutto.

Una nana bianca è ciò che rimane dopo la morte di una stella come il Sole . In questo momento il Sole sta felicemente fondendo l'idrogeno in elio nel suo nucleo, fornendogli l'energia che riceviamo e la pressione di cui ha bisogno per supportare le ottanta miliardi di tonnellate di materiale nei suoi strati esterni che premono sul nucleo.



Quando l'idrogeno si esaurisce, si verifica una serie complicata di eventi. Alcuni passaggi lungo la strada sono che il nucleo ora interamente di elio inizia a fondersi per diventare carbonio e ossigeno, mentre gli strati esterni si gonfiano e iniziano a soffiare via in un denso vento di particelle. Alla fine il nucleo viene esposto allo spazio. Caldo e super denso, chiamiamo questo oggetto a Nana bianca . Una volta formato, generalmente si trova lì nello spazio, raffreddandosi lentamente con il tempo.

Immagine di Hubble di una delle stelle binarie più vicine al Sole: Sirio A (al centro) e la sua compagna nana bianca B (in basso a sinistra); A è circa 10.000 volte più luminoso.Ingrandire

Immagine di Hubble di una delle stelle binarie più vicine al Sole: Sirio A (al centro) e la sua compagna nana bianca B (in basso a sinistra); A è circa 10.000 volte più luminoso. Credito: NASA, ESA, H. Bond (STScI) e M. Barstow (Università di Leicester

Una tipica nana bianca ha circa la metà della massa del Sole, ma quella materia è tutta compressa dalla sua stessa gravità in una palla stretta delle dimensioni della Terra. È denso. Così denso che la meccanica quantistica alza la sua bizzarra testa: è trattenuta da ciò che viene chiamato pressione di degenerazione elettronica , uno strano stato della materia in cui gli elettroni si respingono l'un l'altro con tremendo fervore, molto più fortemente del solito tipo di cose 'simili si respingono'. Questa pressione è ciò che sostiene la nana bianca contro la sua stessa gravità ridicolmente forte.

Ma significa anche che se aggiungi massa a una nana bianca, diventa più piccolo . Di solito quando aggiungi massa a qualcosa (pensa a due palline di argilla che schiacci insieme) diventa più grande. Ma con la pressione degenerativa accade il contrario.

E questo ci porta alla nana bianca ZTF J190132.9+145808.7.

Un team di astronomi lo ha trovato in un rilevamento del cielo effettuato utilizzando la Zwicky Transient Facility (da cui la ZTF nel suo nome), che cerca oggetti che si muovono o cambiano luminosità. La stella era insolita: aveva un colore strano per una nana bianca, in particolare uno collegato a nane bianche di massa insolitamente alta.

Hanno seguito le osservazioni ZTF J190132.9+145808.7 (chiamiamolo J1901 in breve) sul telescopio di 5 metri dell'Osservatorio Palomar e hanno scoperto che la nana bianca era variabile, cambiando rapidamente la sua luminosità. E intendo dire rapidamente: è diventato più luminoso e più fioco su una scala temporale di 6,94 minuti. Sì, minuti. Questo indica la sua velocità di rotazione, che di per sé è sorprendente: un oggetto di migliaia di chilometri di diametro che ruota in meno di 7 minuti!

Le osservazioni di Gaia hanno indicato una distanza di 134 anni luce dalla Terra, che è abbastanza vicina, e anche che fa un caldo incandescente a circa 46.000 ° C, otto volte più caldo del Sole. Con tutte queste misurazioni in mano, gli astronomi potrebbero quindi trovare le dimensioni di J1901, ed è qui che le cose si fanno davvero strane: è minuscola, larga poco meno di 4.300 chilometri, la più piccola nana bianca mai vista.

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Opera d'arte che mostra la nana bianca ZTF J190132.9+145808.7, la più piccola mai trovata, rispetto alla Luna in scala. Credito: Giuseppe Parisi

È un terzo delle dimensioni della Terra, solo un po' più grande della Luna! Piccolo, anche per una nana bianca. Specialmente per uno. Ricorda, più massa significa stella più piccola, quindi questa deve essere massiccia. In effetti, calcolano che sia circa 1,35 volte la massa del Sole.

Ed è qui che diventa sorprendente. Ciò la rende la nana bianca più massiccia conosciuta, e in effetti quasi la più massiccia nana bianca può mai essere .

Se una nana bianca arriva a circa 1,44 volte la massa del Sole, anche la pressione della degenerazione elettronica non può reggerla. Crolla sotto la sua stessa gravità. A quel punto o diventa una stella di neutroni ancora più densa e spaventosa , o esplode: esplode, lacerandosi, creando una supernova.

J1901 è il più vicino mai visto a quel limite.

Il team pensa che J1901 sia iniziato come Due stelle come il Sole in un'orbita binaria l'una intorno all'altra. Alla fine entrambi divennero giganti rosse, morirono e lasciarono cadaveri di nane bianche, ognuna con forse 2/3 della massa del Sole. Nel corso di miliardi di anni si sono uniti a spirale e si sono fusi (probabilmente meno di 100 milioni di anni fa, data l'alta temperatura), formando questa nana bianca ultra-massiccia ma tutt'altro che esplosiva.

Questo spiega anche alcune altre proprietà. La rotazione rapida ha senso perché due oggetti che si avvicinano a spirale hanno molto momento angolare, il che significa che l'oggetto finale unito dovrebbe ruotare rapidamente: la maggior parte delle nane bianche ha un periodo di rotazione di molte ore, quindi questo è abbastanza rapido.

Inoltre, hanno misurato un forte campo magnetico per J1901, circa un miliardo di volte l'intensità del campo magnetico terrestre. I modelli teorici mostrano che la fusione di due nane bianche può generare un tremendo magnetismo, quindi anche questo si adatta.

Notano nel loro articolo che con l'invecchiamento della stella, una serie di reazioni nucleari nel suo nucleo potrebbe provocare isotopi di elettroni che assorbono sodio e magnesio. Il fatto è che quegli elettroni sono necessari per supportare la stella. Se gli elettroni vengono assorbiti, la stella si restringerà ancora di più. Se si restringe troppo, potrebbe accumulare una pressione sufficiente per collassare, diventando comunque una stella di neutroni.

Potrebbe anche esplodere, a seconda di proprietà specifiche difficili da definire. Alla sua attuale distanza ciò sarebbe negativo - le supernovae sono altamente energetiche - ma la buona notizia è che anche se ciò dovesse accadere (ed è probabilmente improbabile) non accadrebbe per miliardi di anni, e nel frattempo il movimento di J1901 intorno alla galassia portalo lontano da noi.

Questa scoperta è importante per molte ragioni. Il 95% di tutte le stelle alla fine diventano nane bianche e metà di queste sono in sistemi binari, quindi dovremmo aspettarci di vedere molte nane bianche simili a J1901. La sua vicinanza a noi suggerisce anche questo; se fossero rari ci si aspetterebbe che il più vicino sia a decine di migliaia di anni luce di distanza attraverso la galassia, non proprio accanto a 134 anni luce di distanza. Quindi è un buon esempio di quello che deve essere un oggetto comune ma di cui pochissimi sono stati studiati da vicino. Sono note alcune altre nane bianche piccole e massicce, ma J910 è il detentore del record per le dimensioni.

Inoltre, le nane bianche binarie possono generare supernovae, e queste a loro volta ci dicono molto sul comportamento dell'Universo nel suo insieme, quindi è fantastico.

Sono state catalogate circa 400.000 nane bianche nella nostra galassia, ma dovrebbero esserci miliardi di più. Quelli strani sono inevitabili in un campione così grande. Quali altri sorprendenti devono ancora essere scoperti? E cosa impareremo su questo strano cosmo in cui viviamo quando verranno trovati?



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