Quando una stella esaurisce il carburante, si gonfierà fino a un milione di volte la sua dimensione originale, inghiottendo qualsiasi materia – e pianeti – nella sua scia. Gli scienziati hanno osservato accenni di stelle appena prima e poco dopo l’atto di consumare interi pianeti, ma fino ad ora non ne hanno mai colto uno sul fatto.
In uno studio che apparirà in Natura, scienziati del MIT, dell’Università di Harvard, del Caltech e altrove riferiscono di aver osservato per la prima volta una stella che inghiotte un pianeta.
La morte planetaria sembra aver avuto luogo nella nostra galassia, a circa 12.000 anni luce di distanza, vicino alla costellazione dell’Aquila simile a un’aquila. Lì, gli astronomi hanno individuato un’esplosione di una stella che è diventata più di 100 volte più luminosa in soli 10 giorni, prima di svanire rapidamente. Curiosamente, questo lampo incandescente è stato seguito da un segnale più freddo e più duraturo. Questa combinazione, hanno dedotto gli scienziati, potrebbe essere stata prodotta solo da un evento: una stella che inghiotte un pianeta vicino.
“Stavamo assistendo allo stadio finale della deglutizione”, afferma l’autore principale Kishalay De, postdoc presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT.
E il pianeta che è morto? Gli scienziati stimano che probabilmente si trattava di un mondo caldo, delle dimensioni di Giove, che si è avvicinato a spirale, quindi è stato trascinato nell’atmosfera della stella morente e, infine, nel suo nucleo.
Un destino simile toccherà alla Terra, anche se non per altri 5 miliardi di anni, quando si prevede che il sole si spegnerà e brucerà i pianeti interni del sistema solare.
“Stiamo vedendo il futuro della Terra”, dice De. “Se qualche altra civiltà ci stesse osservando da 10.000 anni luce di distanza mentre il sole stava inghiottendo la Terra, vedrebbero il sole improvvisamente illuminarsi mentre espelle del materiale, quindi formare polvere attorno ad esso, prima di tornare a quello che era”.
I coautori del MIT dello studio includono Deepto Chakrabarty, Anna-Christina Eilers, Erin Kara, Robert Simcoe, Richard Teague e Andrew Vanderburg, insieme a colleghi del Caltech, dell’Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics e di molte altre istituzioni.
Caldo e freddo
Il team ha scoperto l’esplosione nel maggio 2020. Ma gli astronomi hanno impiegato un altro anno per mettere insieme una spiegazione di cosa potesse essere l’esplosione.
Il segnale iniziale è apparso in una ricerca di dati presi dalla Zwicky Transient Facility (ZTF), gestita presso l’Osservatorio Palomar del Caltech in California. Lo ZTF è un sondaggio che scansiona il cielo alla ricerca di stelle che cambiano rapidamente di luminosità, il cui schema potrebbe essere la firma di supernove, lampi di raggi gamma e altri fenomeni stellari.
De stava esaminando i dati ZTF alla ricerca di segni di eruzioni nelle binarie stellari, sistemi in cui due stelle orbitano l’una intorno all’altra, con una che estrae massa dall’altra ogni tanto e di conseguenza si illumina brevemente.
“Una notte, ho notato una stella che si è illuminata di un fattore 100 nel corso di una settimana, dal nulla”, ricorda De. “Era diverso da qualsiasi esplosione stellare che avevo visto nella mia vita.”
Sperando di inchiodare la fonte con più dati, De ha esaminato le osservazioni della stessa stella prese dall’Osservatorio Keck alle Hawaii. I telescopi Keck effettuano misurazioni spettroscopiche della luce stellare, che gli scienziati possono utilizzare per discernere la composizione chimica di una stella.
Ma ciò che De scoprì lo confuse ancora di più. Mentre la maggior parte delle binarie emette materiale stellare come idrogeno ed elio quando una stella erode l’altra, la nuova fonte non ha emesso nessuno dei due. Invece, ciò che De vide erano segni di “molecole peculiari” che possono esistere solo a temperature molto basse.
“Queste molecole si vedono solo nelle stelle molto fredde”, dice De. “E quando una stella si illumina, di solito diventa più calda. Quindi, le basse temperature e le stelle che si illuminano non vanno di pari passo.”
“Una felice coincidenza”
Fu quindi chiaro che il segnale non era di un binario stellare. De ha deciso di aspettare che emergano altre risposte. Circa un anno dopo la sua scoperta iniziale, lui ei suoi colleghi hanno analizzato le osservazioni della stessa stella, questa volta scattate con una fotocamera a infrarossi presso l’Osservatorio Palomar. All’interno della banda infrarossa, gli astronomi possono vedere segnali di materiale più freddo, in contrasto con le emissioni ottiche incandescenti che derivano dai binari e da altri eventi stellari estremi.
“Quei dati a infrarossi mi hanno fatto cadere dalla sedia”, dice De. “La sorgente era incredibilmente luminosa nel vicino infrarosso.”
Sembrava che, dopo la sua iniziale vampata di calore, la stella continuasse a emettere energia più fredda nel corso dell’anno successivo. Quel materiale gelido era probabilmente il gas della stella che si è sparato nello spazio e si è condensato in polvere, abbastanza freddo da essere rilevato alle lunghezze d’onda dell’infrarosso. Questi dati hanno suggerito che la stella potrebbe fondersi con un’altra stella piuttosto che illuminarsi a causa dell’esplosione di una supernova.
Ma quando il team ha ulteriormente analizzato i dati e li ha accoppiati con le misurazioni effettuate dal telescopio spaziale a infrarossi della NASA, NEOWISE, sono giunti a una realizzazione molto più entusiasmante. Dai dati raccolti, hanno stimato la quantità totale di energia rilasciata dalla stella dalla sua esplosione iniziale e l’hanno trovata sorprendentemente piccola, circa 1/1.000 della grandezza di qualsiasi fusione stellare osservata in passato.
“Ciò significa che qualunque cosa si sia fusa con la stella deve essere 1.000 volte più piccola di qualsiasi altra stella che abbiamo visto”, dice De. “Ed è una felice coincidenza che la massa di Giove sia circa 1/1.000 della massa del sole. È stato allora che ci siamo resi conto: questo era un pianeta, che si schiantava contro la sua stella”.
Con i pezzi a posto, gli scienziati sono stati finalmente in grado di spiegare lo sfogo iniziale. Il lampo luminoso e caldo è stato probabilmente il momento finale in cui un pianeta delle dimensioni di Giove è stato trascinato nell’atmosfera in mongolfiera di una stella morente. Quando il pianeta è caduto nel nucleo della stella, gli strati esterni della stella sono esplosi, depositandosi come polvere fredda nel corso dell’anno successivo.
“Per decenni, siamo stati in grado di vedere il prima e il dopo”, afferma De. “Prima, quando i pianeti orbitano ancora molto vicino alla loro stella, e dopo, quando un pianeta è già stato inghiottito e la stella è gigante. Quello che ci mancava era cogliere la stella sul fatto, dove hai un pianeta che subisce questo destino in tempo reale. Questo è ciò che rende questa scoperta davvero eccitante”.
Questa ricerca è stata sostenuta, in parte, dalla NASA, dalla US National Science Foundation e dalla Heising-Simons Foundation.
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