Red Hanuman
22-05-2014, 23:49
Violenta esplosione stellare: stella colossale si autodistrugge creando una supernova di tipo IIb
Sommario:
Per la prima volta, gli astronomi hanno conferma diretta che una stella Wolf-Rayet – posta a 360 milioni di anni luce di distanza - è morta in una violenta esplosione nota come supernova di tipo IIb. Utilizzando la linea di processo dell'IPTF, i ricercatori catturano un’immagine della supernova SN 2013cu entro poche ore dalla sua esplosione.
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Una stella in una galassia distante esplode come una supernova: mentre osservava una galassia conosciuta come UGC 9379 (a sinistra, un'immagine dalla Sloan Digital Sky Survey, SDSS), situata a circa 360 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, il team ha scoperto una nuova fonte di luminosa luce blu (a destra, contrassegnata da una freccia, immagine dal telescopio robotico da 60 pollici del Palomar Observatory). Questa molta caldo e giovane supernova ha segnato la morte esplosiva di una stella massiccia in quella galassia lontana. Uno studio dettagliato dello spettro (la distribuzione dei colori che compongono la luce della supernova) utilizzando una tecnica chiamata "spettroscopia flash" ha rivelato il segnale di un vento soffiato dalla vecchia stella appena prima della sua esplosione terminale, ed ha permesso agli scienziati di determinare quali elementi erano abbondanti sulla superficie della stella morente proprio sul punto di esplodere in una supernova, il che fornisce informazioni importanti su come le stelle massicce evolvono appena prima della loro morte, e sull'origine di elementi cruciali come il carbonio, azoto e ossigeno.
Credit: Avishay Gal-Yam, Weizmann Institute of Science
Il nostro Sole può sembrare abbastanza impressionante: 330.000 volte più massiccio della Terra, rappresenta il 99,86 per cento della massa totale del sistema solare, genera circa 400 trilioni di trilioni di watt di potenza al secondo; ed ha una temperatura superficiale di circa 10.000 gradi Celsius. Eppure, per una stella, è un peso piuma.
I veri colossi cosmici sono le stelle di Wolf-Rayet, che sono più di 20 volte più massiccie del Sole e almeno cinque volte più calde. Poiché queste stelle sono relativamente rare e spesso oscurate, gli scienziati non sanno molto su come si formano, vivono e muoiono. Ma questo sta cambiando, grazie ad un innovativo sondaggio spaziale chiamato “intermediate Palomar Transient Factory” (IPTF), che utilizza risorse presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) e l’Energy Sciences Network (ESnet), entrambi situati presso il Dipartimento degli Stati Uniti del Lawrence Berkeley National Laboratory Energy (Berkeley Lab), nato per cogliere eventi cosmici fugaci come supernovae.
Per la prima volta, gli scienziati hanno conferma diretta che una stella Wolf-Rayet – sita a 360 milioni di anni luce di distanza nella costellazione Bootes - è morta in una violenta esplosione nota come supernova di tipo IIb. Utilizzando la linea di processo dell'IPTF, i ricercatori dell' Israel's Weizmann Institute of Science guidati da Avishay Gal-Yam hanno catturato la supernova SN 2013cu entro poche ore dalla sua esplosione. Hanno quindi scatenato un insieme di telescopi terrestri e spaziali per osservare l'evento circa 5,7 ore e 15 ore dopo l’autodistruzione. Queste osservazioni stanno fornendo preziose informazioni sulla vita e la morte della progenitrice stella di Wolf-Rayet.
"Le capacità d'osservazione di nuova concezione moderne ci permettono di studiare stelle che esplodono in un modo che potevamo solo sognare prima. Ci stiamo muovendo verso studi in tempo reale delle supernovae", dice Gal-Yam, un astrofisico presso il Weizmann Institute's Department of Particle Physics and Astrophysics. Egli è anche l'autore di una recente pubblicazione sul periodico Nature su questa ricerca.
"Questa è la pistola fumante. Per la prima volta, siamo in grado di utilizzare direttamente una osservazione per dire che questo tipo di stella di Wolf-Rayet porta a questo tipo di supernova IIb", dice Peter Nugent, che dirige il Berkeley Lab's Computational Cosmology Center (C3) e guida il contingente di Berkeley della collaborazione IPTF.
"Quando ho identificato il primo esempio di una supernova di tipo IIb nel 1987, ho sognato che un giorno avremmo avuto una prova diretta del tipo di stella esplosa. È tonificante poter dire che le Wolf-Rayet sono responsabili, almeno in alcuni casi ", dice Alex Filippenko, professore di astronomia all'Università di Berkeley. Sia Filippenko che Nugent sono co-autori dell’articolo su Nature.
Firme elusive e illuminanti in un lampo di luce
Alcune stelle supermassicce diventano delle Wolf-Rayets nelle fasi finali della loro vita. Gli scienziati trovano queste stelle interessanti perché arricchiscono le galassie con gli elementi chimici pesanti che alla fine diventano i mattoni dei pianeti e della vita.
"Stiamo gradualmente determinando quali tipi di stelle esplodono, perché, e quali tipi di elementi producono", dice Filippenko. "Questi elementi sono fondamentali per l'esistenza della vita. In un senso molto reale, stiamo cercando di capire le nostre origini stellari".
Tutte le stelle - indipendentemente dalle dimensioni - trascorrono la loro vita fondendo di atomi di idrogeno per creare l'elio. Più è massiccia una stella, più gravità esercita, il che accelera la fusione nel nucleo della stella, e quindi la generazione di energia per contrastare il collasso gravitazionale. Quando l'idrogeno si esaurisce, una stella supermassiccia continua a fondere gli elementi più pesanti come carbonio, ossigeno, neon, sodio, magnesio e così via, fino a quando il suo nucleo forma il ferro. A questo punto, gli atomi (ed anche le particelle subatomiche) sono imballati così strettamente che la fusione non rilascia energia nella stella. Ora è solo supportata dalla pressione di degenerazione degli elettroni- la legge di meccanica quantistica che proibisce che due elettroni occupino lo stesso stato quantico.
Quando il nucleo è abbastanza massiccio, anche la pressione di degenerazione degli elettroni non riesce a sostenere la stella che alla fine implode su se stessa. I protoni e gli elettroni si fondono nel nucleo, rilasciando una quantità enorme di energia e neutrini. Questo, a sua volta, alimenta un onda d'urto che corre attraverso la stella fino a farle espellere i suoi resti violentemente nello spazio come accade in una supernova.
La fase di Wolf-Rayet si verifica prima della supernova. Quando la fusione nucleare rallenta, gli elementi pesanti forgiati nel nucleo salgono nella stella fino alla superficie, scatenando forti venti stellari. Questi venti trasportano una quantità enorme di materiale nello spazio e nascondono la stella agli indiscreti telescopi sulla Terra.
"Quando una stella Wolf-Rayet diventa supernova, l'esplosione supera in genere il vento stellare e tutte le informazioni sulla stella progenitrice sono cancellate", dice Nugent. "Siamo stati fortunati con SN 2013cu -.. Abbiamo colto la supernova prima che abbia superato il vento. Poco dopo l’esplosione della stella, l'onda d'urto ha dato luogo ad un flash ultravioletto che ha riscaldato e illuminato il vento. Le condizioni che abbiamo osservato in questo momento erano molto simili a quello che c'era prima della supernova. "
Prima che i detriti della supernova raggiungessero il vento, il team IPTF è riuscito a catturare le sue leggere firme chimiche (o spettri), col telescopio terrestre Keck nelle Hawaii e ha visto i segni rivelatori di una stella Wolf-Rayet. Quando la squadra all'IPTF ha effettuato osservazioni di follow-up 15 ore più tardi con satellite Swift della NASA, la supernova era ancora piuttosto calda e fortemente emissiva nell'ultravioletto. Nei giorni successivi, i collaboratori all'IPTF hanno radunato telescopi in tutto il mondo per osservare l’esplosione della supernova mentre si espandeva in un materiale che era stato precedentemente espulso dalla stella. Mentre i giorni passavano, i ricercatori sono stati in grado di classificare 2013cu SN come una supernova di tipo IIb a causa delle deboli firme dell’idrogeno e delle forti caratteristiche dell’elio negli spettri che sono apparse dopo il raffreddamento della supernova.
"Con una serie di osservazioni, compresi i dati presi col telescopio Keck-I 6,5 giorni dopo l'esplosione, abbiamo potuto vedere che i detriti in espansione della supernova hanno raggiunto rapidamente il vento ionizzato dal flash che aveva rivelato le caratteristiche di Wolf-Rayet. Così, la cattura la supernova sufficientemente precoce è difficile – e bisogna sempre essere sul pezzo, come il nostro team è stato ", dice Filippenko.
"Questa scoperta è totalmente sconvolgente, si apre una nuova area di ricerca per noi", dice Nugent. "Con i nostri più grandi telescopi si potrebbe avere la possibilità di ottenere al massimo uno spettro di una stella Wolf-Rayet nelle galassie più vicine alla nostra Via Lattea, forse a 4 milioni di anni luce di distanza. SN 2013cu è 360 milioni di anni luce di distanza – più lontano di quasi il fattore 100. "
E poiché i ricercatori hanno catturato la supernova presto - quando il flash ultravioletto ha illuminato il vento stellare della progenitrice - sono stati in grado di prendere diversi spettri. "Idealmente, vorremmo continuamente osservare questo e sviluppare alcune statistiche interessanti, non solo per le supernovae con progenitori Wolf-Rayet, ma per altri tipi simili", dice Nugent.
Sommario:
Per la prima volta, gli astronomi hanno conferma diretta che una stella Wolf-Rayet – posta a 360 milioni di anni luce di distanza - è morta in una violenta esplosione nota come supernova di tipo IIb. Utilizzando la linea di processo dell'IPTF, i ricercatori catturano un’immagine della supernova SN 2013cu entro poche ore dalla sua esplosione.
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Una stella in una galassia distante esplode come una supernova: mentre osservava una galassia conosciuta come UGC 9379 (a sinistra, un'immagine dalla Sloan Digital Sky Survey, SDSS), situata a circa 360 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, il team ha scoperto una nuova fonte di luminosa luce blu (a destra, contrassegnata da una freccia, immagine dal telescopio robotico da 60 pollici del Palomar Observatory). Questa molta caldo e giovane supernova ha segnato la morte esplosiva di una stella massiccia in quella galassia lontana. Uno studio dettagliato dello spettro (la distribuzione dei colori che compongono la luce della supernova) utilizzando una tecnica chiamata "spettroscopia flash" ha rivelato il segnale di un vento soffiato dalla vecchia stella appena prima della sua esplosione terminale, ed ha permesso agli scienziati di determinare quali elementi erano abbondanti sulla superficie della stella morente proprio sul punto di esplodere in una supernova, il che fornisce informazioni importanti su come le stelle massicce evolvono appena prima della loro morte, e sull'origine di elementi cruciali come il carbonio, azoto e ossigeno.
Credit: Avishay Gal-Yam, Weizmann Institute of Science
Il nostro Sole può sembrare abbastanza impressionante: 330.000 volte più massiccio della Terra, rappresenta il 99,86 per cento della massa totale del sistema solare, genera circa 400 trilioni di trilioni di watt di potenza al secondo; ed ha una temperatura superficiale di circa 10.000 gradi Celsius. Eppure, per una stella, è un peso piuma.
I veri colossi cosmici sono le stelle di Wolf-Rayet, che sono più di 20 volte più massiccie del Sole e almeno cinque volte più calde. Poiché queste stelle sono relativamente rare e spesso oscurate, gli scienziati non sanno molto su come si formano, vivono e muoiono. Ma questo sta cambiando, grazie ad un innovativo sondaggio spaziale chiamato “intermediate Palomar Transient Factory” (IPTF), che utilizza risorse presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) e l’Energy Sciences Network (ESnet), entrambi situati presso il Dipartimento degli Stati Uniti del Lawrence Berkeley National Laboratory Energy (Berkeley Lab), nato per cogliere eventi cosmici fugaci come supernovae.
Per la prima volta, gli scienziati hanno conferma diretta che una stella Wolf-Rayet – sita a 360 milioni di anni luce di distanza nella costellazione Bootes - è morta in una violenta esplosione nota come supernova di tipo IIb. Utilizzando la linea di processo dell'IPTF, i ricercatori dell' Israel's Weizmann Institute of Science guidati da Avishay Gal-Yam hanno catturato la supernova SN 2013cu entro poche ore dalla sua esplosione. Hanno quindi scatenato un insieme di telescopi terrestri e spaziali per osservare l'evento circa 5,7 ore e 15 ore dopo l’autodistruzione. Queste osservazioni stanno fornendo preziose informazioni sulla vita e la morte della progenitrice stella di Wolf-Rayet.
"Le capacità d'osservazione di nuova concezione moderne ci permettono di studiare stelle che esplodono in un modo che potevamo solo sognare prima. Ci stiamo muovendo verso studi in tempo reale delle supernovae", dice Gal-Yam, un astrofisico presso il Weizmann Institute's Department of Particle Physics and Astrophysics. Egli è anche l'autore di una recente pubblicazione sul periodico Nature su questa ricerca.
"Questa è la pistola fumante. Per la prima volta, siamo in grado di utilizzare direttamente una osservazione per dire che questo tipo di stella di Wolf-Rayet porta a questo tipo di supernova IIb", dice Peter Nugent, che dirige il Berkeley Lab's Computational Cosmology Center (C3) e guida il contingente di Berkeley della collaborazione IPTF.
"Quando ho identificato il primo esempio di una supernova di tipo IIb nel 1987, ho sognato che un giorno avremmo avuto una prova diretta del tipo di stella esplosa. È tonificante poter dire che le Wolf-Rayet sono responsabili, almeno in alcuni casi ", dice Alex Filippenko, professore di astronomia all'Università di Berkeley. Sia Filippenko che Nugent sono co-autori dell’articolo su Nature.
Firme elusive e illuminanti in un lampo di luce
Alcune stelle supermassicce diventano delle Wolf-Rayets nelle fasi finali della loro vita. Gli scienziati trovano queste stelle interessanti perché arricchiscono le galassie con gli elementi chimici pesanti che alla fine diventano i mattoni dei pianeti e della vita.
"Stiamo gradualmente determinando quali tipi di stelle esplodono, perché, e quali tipi di elementi producono", dice Filippenko. "Questi elementi sono fondamentali per l'esistenza della vita. In un senso molto reale, stiamo cercando di capire le nostre origini stellari".
Tutte le stelle - indipendentemente dalle dimensioni - trascorrono la loro vita fondendo di atomi di idrogeno per creare l'elio. Più è massiccia una stella, più gravità esercita, il che accelera la fusione nel nucleo della stella, e quindi la generazione di energia per contrastare il collasso gravitazionale. Quando l'idrogeno si esaurisce, una stella supermassiccia continua a fondere gli elementi più pesanti come carbonio, ossigeno, neon, sodio, magnesio e così via, fino a quando il suo nucleo forma il ferro. A questo punto, gli atomi (ed anche le particelle subatomiche) sono imballati così strettamente che la fusione non rilascia energia nella stella. Ora è solo supportata dalla pressione di degenerazione degli elettroni- la legge di meccanica quantistica che proibisce che due elettroni occupino lo stesso stato quantico.
Quando il nucleo è abbastanza massiccio, anche la pressione di degenerazione degli elettroni non riesce a sostenere la stella che alla fine implode su se stessa. I protoni e gli elettroni si fondono nel nucleo, rilasciando una quantità enorme di energia e neutrini. Questo, a sua volta, alimenta un onda d'urto che corre attraverso la stella fino a farle espellere i suoi resti violentemente nello spazio come accade in una supernova.
La fase di Wolf-Rayet si verifica prima della supernova. Quando la fusione nucleare rallenta, gli elementi pesanti forgiati nel nucleo salgono nella stella fino alla superficie, scatenando forti venti stellari. Questi venti trasportano una quantità enorme di materiale nello spazio e nascondono la stella agli indiscreti telescopi sulla Terra.
"Quando una stella Wolf-Rayet diventa supernova, l'esplosione supera in genere il vento stellare e tutte le informazioni sulla stella progenitrice sono cancellate", dice Nugent. "Siamo stati fortunati con SN 2013cu -.. Abbiamo colto la supernova prima che abbia superato il vento. Poco dopo l’esplosione della stella, l'onda d'urto ha dato luogo ad un flash ultravioletto che ha riscaldato e illuminato il vento. Le condizioni che abbiamo osservato in questo momento erano molto simili a quello che c'era prima della supernova. "
Prima che i detriti della supernova raggiungessero il vento, il team IPTF è riuscito a catturare le sue leggere firme chimiche (o spettri), col telescopio terrestre Keck nelle Hawaii e ha visto i segni rivelatori di una stella Wolf-Rayet. Quando la squadra all'IPTF ha effettuato osservazioni di follow-up 15 ore più tardi con satellite Swift della NASA, la supernova era ancora piuttosto calda e fortemente emissiva nell'ultravioletto. Nei giorni successivi, i collaboratori all'IPTF hanno radunato telescopi in tutto il mondo per osservare l’esplosione della supernova mentre si espandeva in un materiale che era stato precedentemente espulso dalla stella. Mentre i giorni passavano, i ricercatori sono stati in grado di classificare 2013cu SN come una supernova di tipo IIb a causa delle deboli firme dell’idrogeno e delle forti caratteristiche dell’elio negli spettri che sono apparse dopo il raffreddamento della supernova.
"Con una serie di osservazioni, compresi i dati presi col telescopio Keck-I 6,5 giorni dopo l'esplosione, abbiamo potuto vedere che i detriti in espansione della supernova hanno raggiunto rapidamente il vento ionizzato dal flash che aveva rivelato le caratteristiche di Wolf-Rayet. Così, la cattura la supernova sufficientemente precoce è difficile – e bisogna sempre essere sul pezzo, come il nostro team è stato ", dice Filippenko.
"Questa scoperta è totalmente sconvolgente, si apre una nuova area di ricerca per noi", dice Nugent. "Con i nostri più grandi telescopi si potrebbe avere la possibilità di ottenere al massimo uno spettro di una stella Wolf-Rayet nelle galassie più vicine alla nostra Via Lattea, forse a 4 milioni di anni luce di distanza. SN 2013cu è 360 milioni di anni luce di distanza – più lontano di quasi il fattore 100. "
E poiché i ricercatori hanno catturato la supernova presto - quando il flash ultravioletto ha illuminato il vento stellare della progenitrice - sono stati in grado di prendere diversi spettri. "Idealmente, vorremmo continuamente osservare questo e sviluppare alcune statistiche interessanti, non solo per le supernovae con progenitori Wolf-Rayet, ma per altri tipi simili", dice Nugent.