Autopista galattica: scoperto un nuovo tipo di morte stellare

 

Nel centro affollato di galassie con buchi neri supermassicci, le stelle possono distruggersi scontrandosi tra loro in immani collisioni, proprio come le automobiline nella giostra.

 

La maggior parte delle stelle nell’Universo muore in modi prevedibili, a seconda della loro massa. Stelle di massa relativamente bassa come il nostro Sole perdono i loro strati esterni in età avanzata e alla fine svaniscono per diventare nane bianche.

Le stelle più massicce bruciano più luminose e muoiono prima in esplosioni cataclismiche, creando oggetti ultradensi come stelle di neutroni e buchi neri.

Se due di questi resti stellari formano un sistema binario, possono anche eventualmente collidere. Una nuova ricerca, tuttavia, indica una quarta opzione a lungo ipotizzata, ma mai vista prima.

Durante la ricerca delle origini di un lampo di raggi gamma di lunga durata (GRB), gli astronomi utilizzando il telescopio Gemini South in Cile, parte dell’International Gemini Observatory gestito dal NOIRLab di NSF, e altri telescopi , hanno scoperto prove di una collisione, simile a quella di automobiline in autopista, nella regione caotica e densamente affollata vicino al buco nero supermassiccio di un’antica galassia.

“Questi nuovi risultati mostrano che le stelle possono incontrare la loro fine in alcune delle regioni più dense dell’Universo dove possono essere spinte a scontrarsi“, ha detto Andrew Levan, astronomo della Radboud University nei Paesi Bassi e autore principale di un articolo apparso sulla rivista Nature Astronomy.

“Questo è eccitante per capire come muoiono le stelle e per rispondere ad altre domande, come ad esempio quali fonti inaspettate potrebbero creare onde gravitazionali che potremmo rilevare sulla Terra“.

Le galassie antiche hanno da tempo superato il loro picco di formazione stellare e avrebbero poche, se non nessuna, stella gigante rimanente, la principale fonte di lunghi GRB.

I loro nuclei, tuttavia, pullulano di stelle e di un serraglio di resti stellari ultra-densi, come nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri.

Gli astronomi hanno a lungo sospettato che nel turbolento alveare di attività che circonda un buco nero supermassiccio, sarebbe solo una questione di tempo prima che due oggetti stellari si scontrino per produrre un GRB. Le prove a favore di questo tipo di fusione, tuttavia, sono state elusive.

I primi indizi che un tale evento si fosse verificato sono stati visti il 19 ottobre 2019 quando il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA ha rilevato un lampo luminoso di raggi gamma che è durato per poco più di un minuto.

Qualsiasi GRB che dura più di due secondi è considerato “lungo”. Tali esplosioni provengono tipicamente dalla morte di supernova di stelle almeno 10 volte la massa del nostro Sole, ma non sempre.

I ricercatori hanno quindi utilizzato Gemini South per fare osservazioni a lungo termine del bagliore residuo sbiadito del GRB per saperne di più sulle sue origini.

Le osservazioni hanno permesso agli astronomi di individuare la posizione del GRB in una regione a meno di 100 anni luce dal nucleo di un’antica galassia, che lo ha posto molto vicino al buco nero supermassiccio della galassia.

I ricercatori inoltre non hanno trovato prove di una supernova corrispondente, che lascerebbe la sua impronta sulla luce studiata da Gemini South.

“La nostra osservazione di follow-up ci ha detto che piuttosto che essere una stella massiccia che collassa, l’esplosione è stata molto probabilmente causata dalla fusione di due oggetti compatti“, ha detto Levan.

“Individuando la sua posizione al centro di un’antica galassia precedentemente identificata, abbiamo avuto la prima prova allettante di un nuovo percorso per le stelle per andare incontro alla loro scomparsa”.

Nei normali ambienti galattici, si ritiene che la produzione di lunghi GRB da resti stellari in collisione come stelle di neutroni e buchi neri sia estremamente rara.

I nuclei delle galassie antiche, tuttavia, sono tutt’altro che normali e potrebbero esserci un milione o più di stelle stipate in una regione di pochi anni luce di diametro.

Tale densità di popolazione estrema può essere abbastanza grande che possono verificarsi occasionali collisioni stellari, specialmente sotto la titanica influenza gravitazionale di un buco nero supermassiccio, che perturberebbe i moti delle stelle e le manderebbe in direzioni casuali.

Alla fine, due di queste stelle si sarebbero scontrate e fuse, innescando un’esplosione che poteva essere osservata da vaste distanze cosmiche.

È possibile che tali eventi si verifichino di routine in regioni altrettanto affollate in tutto l’Universo, ma siano passati inosservati fino a questo punto.

Una possibile ragione della loro oscurità è che i centri galattici sono pieni di polvere e gas, che potrebbero oscurare sia il lampo iniziale del GRB che il conseguente bagliore residuo.

Questo particolare GRB, identificato come GRB 191019A, può essere una rara eccezione, consentendo agli astronomi di rilevare l’esplosione e studiarne i postumi.

I ricercatori vorrebbero scoprire di più di questi eventi. La loro speranza è di abbinare un rilevamento GRB con un corrispondente rilevamento di onde gravitazionali, che rivelerebbe di più sulla loro vera natura e confermerebbe le loro origini, anche negli ambienti più oscuri. L’Osservatorio Vera C. Rubin, quando sarà online nel 2025, sarà prezioso in questo tipo di ricerca.

“Studiare lampi di raggi gamma come questi è un ottimo esempio di come il campo sia davvero avanzato da molte strutture che lavorano insieme, dalla rilevazione del GRB, alle scoperte di bagliori e distanze con telescopi come Gemini, fino alla dissezione dettagliata degli eventi con osservazioni attraverso lo spettro elettromagnetico”, ha detto Levan.

Immagine: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. Zamani