Vedere esplosioni stellari in alta definizione

Un team internazionale di astronomi, tra cui ricercatori dell’Università del Michigan, ha catturato immagini senza precedenti di due esplosioni stellari-conosciute come novae-entro pochi giorni dalla loro eruzione.

Immagini di Nova Herculis 2021 (V1674 Her) scattate con il CHARA Array, due e tre giorni dopo l’inizio dell’eruzione. Le immagini mostrano due deflussi che si espandono in direzioni quasi perpendicolari, formando una struttura a clessidra coerente con le previsioni teoriche, che sono illustrate nell’impressione artistica più a destra. Credito immagine: CHARA Array/NASA GSFC

Catturare queste novae così presto nel loro atto fornisce nuove prove che tali esplosioni sono più complesse di quanto si pensasse in precedenza.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, ha utilizzato una tecnica chiamata interferometria presso il Center for High Angular Risoluzione Astronomy, o CHARA, Array in California. Questo approccio ha consentito agli scienziati di combinare la luce proveniente da più telescopi, ottenendo la nitida risoluzione necessaria per ottenere direttamente l’immagine delle esplosioni in rapida evoluzione.

“Queste non sono le prime novae ad essere riprese, ma non ce ne sono state molte”, ha detto Giovanni Monniercoautore del nuovo studio e professore di astronomia della UM. “Stiamo dimostrando che stiamo migliorando nello scattare queste immagini e nel rendere più semplice farlo.”

Lo studio è stato finanziato dalla NASA e il CHARA Array è stato creato con il sostegno della National Science Foundation degli Stati Uniti. Anche gli strumenti utilizzati nello studio, vale a dire i combinatori di fasci MIRC-X e MYSTIC, sono stati creati con il supporto della NSF e del Consiglio europeo della ricerca in collaborazione con l’Università di Exeter.

Le novae si verificano in sistemi con due grandi corpi celesti: una stella “normale” e una nana bianca, che è il nucleo caldo e compatto di una stella precedentemente molto più grande. La nana bianca ruba materiale dalla sua stella compagna finché non ne accumula abbastanza da far esplodere una reazione nucleare incontrollata sulla sua superficie. Fino a poco tempo fa, gli astronomi potevano dedurre le prime fasi di queste eruzioni solo indirettamente, perché il materiale in espansione appariva come un unico punto di luce irrisolto.

“Invece di vedere solo un semplice lampo di luce, ora stiamo scoprendo la vera complessità di come si svolgono queste esplosioni. È come passare da una foto sgranata in bianco e nero a un video ad alta definizione”, ha affermato Elias Aydiautore principale dello studio e assistente professore di fisica e astronomia presso la Texas Tech University. “Queste osservazioni ci permettono di osservare un’esplosione stellare in tempo reale, qualcosa di molto complicato e a lungo ritenuto estremamente impegnativo”.

Il meglio che c’è in quello che fanno

Il contingente UM del team ha contribuito a sviluppare il software e l’hardware per combinare la luce proveniente da più telescopi della serie. La risoluzione dell’immagine prodotta dalla schiera è determinata dalla separazione tra i suoi telescopi costituenti, rispetto ai telescopi più convenzionali che hanno una risoluzione determinata dalla dimensione dei loro specchi.

Per fare un confronto, il telescopio spaziale JWST utilizza uno specchio di oltre 20 piedi per produrre le sue immagini straordinarie. Nel frattempo, i telescopi di CHARA sono separati da 300 metri.

“In termini di risoluzione, abbiamo la capacità di imaging di un telescopio largo tre campi da calcio”, ha affermato Monnier. “È la risoluzione più alta al mondo in questo senso, quindi stiamo realizzando le migliori immagini che puoi realizzare utilizzando queste strutture.”

Il team ha utilizzato questa tecnica per immaginare due diverse novae eruttate nel 2021. Una, Nova V1674 Herculis, è stata tra le più veloci mai registrate, illuminandosi e svanendo in pochi giorni. Le immagini hanno rivelato due distinti deflussi di gas perpendicolari, prova che l’esplosione è stata alimentata da molteplici espulsioni interagenti.

La seconda, Nova V1405 Cassiopeiae, si è evoluta molto più lentamente. Ha trattenuto i suoi strati esterni per più di 50 giorni prima di espellerli definitivamente, fornendo la prima prova chiara di un’espulsione ritardata. Quando il materiale venne finalmente espulso si innescarono nuovi choc.

Il team è stato in grado di sviluppare e verificare queste interpretazioni utilizzando dati provenienti da altri osservatori, tra cui l’Osservatorio Internazionale Gemini e il Fermi Large Area Telescope della NASA.

“Le novae sono più che fuochi d’artificio nella nostra galassia: sono laboratori di fisica estrema”, ha affermato Laura Chomiukcoautore della Michigan State University ed esperto di esplosioni stellari. “Osservando come e quando il materiale viene espulso, possiamo finalmente collegare i punti tra le reazioni nucleari sulla superficie della stella, la geometria del materiale espulso e la radiazione ad alta energia che rileviamo dallo spazio”.

I risultati mettono in discussione la visione di lunga data secondo cui le eruzioni di nova sono eventi singoli e impulsivi. Invece, indicano una varietà di percorsi di espulsione, inclusi deflussi multipli e rilascio ritardato dell’involucro, rimodellando la nostra comprensione di queste esplosioni cosmiche.

“Questo è solo l’inizio”, ha detto Aydi. “Con più osservazioni come queste, possiamo finalmente iniziare a rispondere a grandi domande su come le stelle vivono, muoiono e influenzano l’ambiente circostante. Le nove, una volta viste come semplici esplosioni, si stanno rivelando molto più ricche e affascinanti di quanto immaginassimo.”

Fonte: Università del Michigan