Un team internazionale di astronomi, utilizzando il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, ha scoperto una rarità stellare: una nana bianca ultramassiccia formatasi dalla fusione di una nana bianca con un’altra stella, anziché dall’evoluzione di una singola stella. Questa scoperta, resa possibile dalle sensibili osservazioni ultraviolette di Hubble, suggerisce che queste rare nane bianche potrebbero essere più comuni di quanto si sospettasse in precedenza. Una nana bianca è lo stato finale di una stella che non è abbastanza massiccia da esplodere come una supernova a collasso del nucleo. La transizione verso una nana bianca inizia quando una stella esaurisce la riserva di idrogeno nel suo nucleo. E’ quanto si legge in un articolo ESA.
Formazione e composizione
I cambiamenti all’interno e intorno al nucleo della stella fanno sì che la stella espella i suoi strati esterni in un massiccio sospiro stellare, rivelando il nucleo denso della stella, delle dimensioni della Terra, che evolve in una nana bianca. I nuclei delle nane bianche sono composti principalmente da carbonio e ossigeno o ossigeno e neon, a seconda della massa della stella progenitrice. Il Sole diventerà una nana bianca tra circa 5 miliardi di anni.
Le nane bianche possono teoricamente avere masse fino a circa 1,4 volte la massa del Sole, ma le nane bianche più massicce del Sole sono rare. Questi oggetti, che gli astronomi chiamano nane bianche ultra-massicce, possono formarsi sia attraverso l’evoluzione di una singola stella massiccia sia attraverso la fusione di una nana bianca con un’altra stella.
Il caso di WD 0525+526
Di recente, gli astronomi hanno utilizzato lo spettrografo Cosmic Origins di Hubble per studiare una di queste nane bianche ultra-massicce, WD 0525+526. WD 0525+526 dista solo 128 anni luce ed è il 20% più massiccia del Sole. Nella luce visibile, lo spettro dell’atmosfera di WD 0525+526 assomigliava a quello di una tipica nana bianca. Tuttavia, lo spettro ultravioletto di Hubble ha rivelato qualcosa di insolito: tracce di carbonio nell’atmosfera della nana bianca.
Le nane bianche che si formano dall’evoluzione di una singola stella hanno atmosfere composte da idrogeno ed elio. Queste atmosfere spesse ricoprono la superficie carbonio-ossigeno o ossigeno-neon della nana bianca, impedendo solitamente a questi elementi di comparire nel suo spettro.
Quando il carbonio appare nello spettro di una nana bianca, può segnalare un’origine più violenta rispetto al tipico scenario di una singola stella: la collisione di due nane bianche, o di una nana bianca e una stella subgigante. Una tale collisione può bruciare le atmosfere di idrogeno ed elio delle stelle in collisione, lasciando dietro di sé un sottile strato di idrogeno ed elio attorno al residuo della fusione che consente al carbonio del nucleo della nana bianca di fluttuare verso l’alto, dove può essere rilevato.
Le dichiarazioni del ricercatore principale
“È una scoperta che sottolinea come le cose possano essere diverse da come ci appaiono a prima vista”, ha affermato il ricercatore principale del programma Hubble, Boris Gaensicke, dell’Università di Warwick nel Regno Unito. “Finora, questa ci appariva come una normale nana bianca, ma gli occhi ultravioletti di Hubble hanno rivelato che aveva una storia molto diversa da quella che avremmo immaginato. È come porre una domanda diversa a una persona che credi di conoscere bene”.
Questa scoperta segna la prima volta che una nana bianca nata dalla collisione di stelle viene identificata tramite il suo spettro ultravioletto. Prima di questo studio, sei prodotti di fusione di nane bianche erano stati scoperti tramite le linee del carbonio nei loro spettri in luce visibile. Tutti e sette fanno parte di un gruppo più ampio che è stato trovato più blu del previsto per le loro masse ed età da uno studio con la missione Gaia dell’ESA nel 2019 , con l’evidenza delle fusioni che fornisce nuove informazioni sulla loro storia di formazione.
Le caratteristiche di WD 0525+526
WD 0525+526 è notevole anche all’interno del piccolo gruppo di nane bianche note per essere il prodotto della fusione di stelle. Con una temperatura di quasi 21.000 kelvin e una massa di 1,2 masse solari, WD 0525+526 è più calda e massiccia delle altre nane bianche di questo gruppo. La temperatura estrema di WD 0525+526 ha rappresentato un mistero per il team. Per le nane bianche più fredde, come i sei prodotti di fusione precedentemente scoperti, un processo chiamato convezione può mescolare il carbonio nella sottile atmosfera di idrogeno-elio. WD 0525+526 è troppo calda perché la convezione abbia luogo, tuttavia. Il team ha invece determinato che un processo più sottile, chiamato semi-convezione, trasporta una piccola quantità di carbonio nell’atmosfera di WD 0525+526. WD 0525+526 ha la più piccola quantità di carbonio atmosferico tra tutte le nane bianche note derivate da una fusione, circa 100.000 volte inferiore rispetto ad altri resti di fusione.
L’elevata temperatura e la bassa abbondanza di carbonio fanno sì che identificare questa nana bianca come il prodotto di una fusione sarebbe stato impossibile senza la sensibilità di Hubble alla luce ultravioletta; le linee spettrali degli elementi più pesanti dell’elio, come il carbonio, diventano più deboli alle lunghezze d’onda visibili per le nane bianche più calde, ma questi segnali spettrali rimangono luminosi nell’ultravioletto, dove Hubble è in una posizione unica per individuarli.
Il responsabile dello studio
“Lo spettrografo Cosmic Origins di Hubble è l’unico strumento in grado di ottenere la spettroscopia ultravioletta di qualità superba necessaria per rilevare il carbonio nell’atmosfera di questa nana bianca”, ha affermato Snehalata Sahu dell’Università di Warwick, responsabile dello studio.
Poiché l’origine insolita di WD 0525+526 è stata rivelata solo quando gli astronomi hanno intravisto il suo spettro ultravioletto, è probabile che altre nane bianche apparentemente “normali” siano in realtà il risultato di collisioni cosmiche, una possibilità che il team è entusiasta di esplorare in futuro.
“Vorremmo ampliare la nostra ricerca su questo argomento esplorando quanto siano comuni le nane bianche al carbonio e quante fusioni stellari si nascondano nella famiglia delle nane bianche normali”, ha affermato Antoine Bedrad dell’Università di Warwick, co-responsabile dello studio. “Questo rappresenterà un contributo importante alla nostra comprensione delle nane bianche binarie e dei percorsi che portano alle esplosioni di supernova”.
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