Una nova ultra-calda in eruzione con una sorprendente firma chimica

Gli astronomi scoprono un’eruzione estremamente calda e violenta dalla prima analisi nel vicino infrarosso di una nova ricorrente al di fuori della Via Lattea.

 

 

Utilizzando il telescopio Gemini South, metà dell’Osservatorio Internazionale Gemini, in parte finanziato dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e gestito da NSF NOIRLab, e il telescopio Magellan Baade, gli astronomi hanno osservato per la prima volta una nova ricorrente al di fuori della Via Lattea in luce nel vicino infrarosso.

I dati hanno rivelato emissioni chimiche molto insolite e una delle temperature più calde mai riportate per una nova, entrambe indicative di un’eruzione estremamente violenta.

Le esplosioni di nova si verificano in sistemi stellari binari in cui una nana bianca – il residuo denso di una stella morta – sottrae continuamente materiale stellare da una stella compagna vicina.

Quando l’atmosfera esterna della compagna si raduna sulla superficie della nana bianca, raggiunge temperature abbastanza calde da innescare un’eruzione.

Quasi tutte le novae scoperte fino ad oggi sono state osservate eruttare solo una volta. Ma alcune sono state osservate eruttare più di una volta, e sono classificate come novae ricorrenti.

L’intervallo tra le eruzioni di queste novae può variare da un minimo di un anno a molti decenni.

Meno di una dozzina di novae ricorrenti sono state osservate all’interno della nostra Via Lattea, mentre molte di più sono extragalattiche, cioè situate al di fuori della Via Lattea.

Lo studio delle novae extragalattiche aiuta gli astronomi a comprendere come i diversi ambienti influenzano le eruzioni delle nova.

La prima nova extragalattica ricorrente ad essere osservata è stata LMC 1968-12a (LMC68), situata nella Grande Nube di Magellano, una galassia satellite della Via Lattea.

Questa nova ha una scala temporale ricorrente di circa quattro anni – la terza più corta di qualsiasi nova – ed è composta da una nana bianca e da una subgigante rossa compagna (una stella molto più grande del Sole).

È stato scoperto nel 1968 e le sue eruzioni sono state osservate abbastanza regolarmente dal 1990.

La sua eruzione più recente, nell’agosto 2024, è stata catturata per la prima volta dal Neil Gehrels Swift Observatory, che ha monitorato attentamente la nova ogni mese dalla sua eruzione del 2020. Data la sua nota scala temporale ricorrente, gli astronomi stavano anticipando questa eruzione e LMC68 ha consegnato proprio al momento giusto.

Le osservazioni di follow-up sono state condotte nove giorni dopo l’esplosione iniziale con il telescopio Magellan Baade della Carnegie Institution, e 22 giorni dopo l’esplosione iniziale con il telescopio Gemini South, metà dell’Osservatorio Internazionale Gemini, finanziato in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e gestito da NSF NOIRLab.

Utilizzando la tecnica della spettroscopia, l’equipe ha osservato la luce nel vicino infrarosso di LMC68, che ha permesso loro di studiare la fase ultra-calda della nova, durante la quale molti elementi sono stati altamente energizzati.

Studiando questa fase, gli astronomi possono conoscere i processi più estremi in gioco nell’eruzione. Questo studio è la prima osservazione spettroscopica nel vicino infrarosso di una nova ricorrente extragalattica.

Dopo la sua eruzione iniziale, la luce di LMC68 si è affievolita rapidamente, ma lo strumento FLAMINGOS-2 di Gemini South ha comunque catturato un forte segnale dagli atomi di silicio ionizzato, in particolare dagli atomi di silicio che sono stati privati di nove dei loro 14 elettroni, il che richiede un’incredibile quantità di energia sotto forma di radiazioni o collisioni violente.

Nello spettro precedente di Magellano, la luce nel vicino infrarosso proveniente dal solo silicio ionizzato brillava 95 volte più luminosa della luce emessa dal Sole sommata a tutte le sue lunghezze d’onda (raggi X, ultravioletti, visibile, infrarosso e radio). Quando Gemini osservò la linea diversi giorni dopo, il segnale era svanito, ma l’emissione di silicio dominava ancora lo spettro.

“Il silicio ionizzato che brilla quasi 100 volte più luminoso del Sole è senza precedenti”, afferma Tom Geballe, astronomo emerito del NOIRLab e co-autore dell’articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“E mentre questo segnale è scioccante, è anche scioccante ciò che non c’è”.

Le novae che si trovano nella Via Lattea emettono tipicamente numerose firme nel vicino infrarosso da elementi altamente eccitati, ma gli spettri di LMC68 contenevano solo la caratteristica del silicio ionizzato. 

“Ci saremmo aspettati di vedere anche firme di zolfo, fosforo, calcio e alluminio altamente energizzati”, afferma Geballe.

“Questa sorprendente assenza, combinata con la presenza e la grande forza della firma del silicio, implicava una temperatura del gas insolitamente alta, che il nostro modello ha confermato”, aggiunge il co-autore Sumner Starrfield, professore di astrofisica presso l’Arizona State University.

Il team stima che, durante la prima fase post-esplosione della nova, la temperatura del gas espulso abbia raggiunto i 3 milioni di gradi Celsius (5,4 milioni di gradi Fahrenheit), rendendola una delle novae più calde mai registrate.

Questa temperatura estrema suggerisce un’eruzione molto violenta, che il team teorizza sia dovuta alle condizioni dell’ambiente della nova.

La Grande Nube di Magellano e le sue stelle hanno una metallicità inferiore rispetto alla Via Lattea, il che significa che contiene una minore abbondanza di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, indicati dagli astronomi come metalli.

Nei sistemi ad alta metallicità, gli elementi pesanti intrappolano il calore sulla superficie della nana bianca in modo tale che le eruzioni si verifichino all’inizio del processo di accrescimento.

Ma senza questi elementi pesanti, più materia si accumula sulla superficie della nana bianca prima che diventi abbastanza calda da incendiarsi, causando l’esplosione con violenza molto maggiore.

Inoltre, il gas espulso si scontra con l’atmosfera della subgigante rossa compagna, causando un enorme shock che eleva le temperature nella collisione.

Prima di raccogliere i dati, Starrfield aveva previsto che l’accrescimento di materiale a bassa metallicità su una nana bianca avrebbe provocato un’esplosione di nova più violenta.

Le osservazioni e le analisi qui presentate sono ampiamente in accordo con tale previsione.

“Con solo un piccolo numero di novae ricorrenti rilevate all’interno della nostra galassia, la comprensione di questi oggetti è progredita episodicamente”, afferma Martin Still, direttore del programma NSF per l’Osservatorio Internazionale Gemini. 

“Ampliando il nostro raggio d’azione ad altre galassie utilizzando i più grandi telescopi astronomici disponibili, come Gemini South, gli astronomi aumenteranno il tasso di progresso e misureranno criticamente il comportamento di questi oggetti in diversi ambienti chimici”.

 

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