La scioccante scoperta di una supernova sfida la teoria standard dell’evoluzione stellare

Le prove di un’estrema perdita di massa prima dell’esplosione in una supernova scoperta di recente suggeriscono che nell’ultimo anno di vita di una stella potrebbero accadere più di quanto si pensasse in precedenza.

Una supernova vicina scoperta di recente, la cui stella ha espulso un’intera massa solare di materiale nell’anno prima della sua esplosione, sfida la teoria standard dell’evoluzione stellare. Le nuove osservazioni forniscono agli astronomi informazioni su ciò che accade nell’ultimo anno prima che la stella muoia ed esploda.

Supernovae con collasso del nucleo e SN 2023ixf

SN 2023ixf è una nuova supernova di tipo II scoperta dall’astronomo dilettante Koichi Itagaki di Yamagata, in Giappone, nel maggio 2023, poco dopo l’esplosione della sua stella predecessore, o stella madre. SN 2023ixf si trova a circa 20 milioni di anni luce di distanza nella Galassia Girandola, e la sua vicinanza alla Terra, l’estrema luminosità della supernova e la giovane età la rendono un tesoro di dati osservabili per gli scienziati che studiano la morte di stelle massicce nelle esplosioni di supernova.

Le supernove di tipo II, o supernove da collasso centrale, si verificano quando almeno otto stelle giganti rosse, con una massa pari a circa 25 volte la massa del Sole, collassano sotto il loro stesso peso ed esplodono. Sebbene SN 2023ixf corrisponda alla descrizione di Tipo II, i follow-up multi-lunghezza d’onda sono condotti dagli astronomi del Center for Astrophysicals | Harvard e Smithsonian (CFA) e utilizzando un’ampia gamma di telescopi CfA, hanno rivelato un comportamento nuovo e inaspettato.

Una delle supernove di tipo II più vicine degli ultimi dieci anni e tra le più luminose fino ad oggi, SN 2023ixf è una giovane supernova, scoperta all’inizio di quest’anno dall’astronomo dilettante Koichi Itagaki di Yamagata, in Giappone. La rappresentazione di questo artista mostra la luminosa esplosione di SN 2023ixf, avvenuta dopo una quantità inaspettata di perdita di massa, diversa da qualsiasi cosa gli astronomi abbiano visto prima. Credito: Melissa Weiss/CfA

Entro poche ore dalla trasformazione in supernova, le supernove collassate nel nucleo di una stella producono un lampo di luce che si verifica quando l’onda d’urto dell’esplosione raggiunge il bordo esterno della stella. Tuttavia, SN 2023ixf ha prodotto una leggera curva che non sembrava adattarsi al comportamento previsto. Per comprendere meglio l’improvvisa svolta di SN 2023ixf, un team di scienziati guidati dal ricercatore post-dottorato CfA Daiichi Hiramatsu ha analizzato i dati del telescopio Tillinghast da 1,5 metri, del telescopio da 1,2 metri e dell’MMT in Osservatorio Fred Lawrence Whippleuna struttura CfA situata in Arizona, nonché i dati del Global Supernova Project, un progetto di punta dell’Osservatorio di Las Cumbres, NASANeil Gehrells Swift Observatory e molti altri. Questo studio multi-lunghezza d’onda, pubblicato questa settimana in IL Lettere del diario astrofisicoÈ stato rivelato che, in netto contrasto con le aspettative e con la teoria dell’evoluzione stellare, lo shock di SN 2023ixf è stato ritardato di diversi giorni.

Implicazioni dell’insorgenza ritardata dello shock

“La penetrazione tardiva dell’urto è la prova diretta della presenza di materiale denso derivante dalla recente perdita di massa”, ha detto Hiramatsu, aggiungendo che una perdita di massa così estrema è insolita nelle supernove di tipo II. “Le nostre nuove osservazioni hanno rivelato una quantità significativa e inaspettata di perdita di massa – vicina a quella del Sole – nell’ultimo anno prima dell’esplosione”.

Scattata utilizzando il telescopio da 1,2 metri presso l’Osservatorio Fred Lawrence Whipple del CfA il 27 giugno 2023, poco più di un mese dopo l’esplosione della stella predecessore di SN 2023ixf, l’immagine in questo composito combina la luce verde, rossa, del vicino infrarosso e dell’infrarosso per evidenziare la luce. su entrambi. SN 2023ixf e la Galassia Girandola. SN 2023ixf si trova in uno dei bracci a spirale della galassia, come previsto per le esplosioni stellari massicce. Credito: S. Gomez/STScI

SN 2023ixf mette alla prova la comprensione degli astronomi dell’evoluzione delle stelle massicce e delle supernovae in cui si trasformano. Sebbene gli scienziati sappiano che le supernove collassate nei loro nuclei sono i punti di origine fondamentali per la formazione dell’universo e l’evoluzione degli atomi, delle stelle di neutroni e dei buchi neri, si sa molto poco sugli anni precedenti le esplosioni stellari. Le nuove osservazioni indicano una possibile instabilità negli ultimi anni di vita di una stella, che porta a una grave perdita di massa. Ciò potrebbe essere correlato alle fasi finali della combustione nucleare di elementi di massa elevata, come il silicio, nel nucleo della stella.

Più feedback e collaborazione

In concomitanza con le osservazioni multi-lunghezza d’onda guidate da Hiramatsu, Edo Berger, professore di astronomia ad Harvard e CfA, e consigliere di Hiramatsu, ha condotto osservazioni a onde millimetriche della supernova utilizzando CfA Matrice submillimetrica (SMA) sul Maunakea Peak, Hawaii. Questi dati pubblicati in Lettere del diario astrofisico, hanno seguito direttamente la collisione tra i detriti della supernova e il materiale denso perso prima dell’esplosione. “SN 2023ixf è esploso proprio al momento giusto”, ha detto Berger. “Solo pochi giorni fa, abbiamo iniziato un nuovo ambizioso programma triennale per studiare le esplosioni di supernova utilizzando la SMA, e questa emozionante supernova vicina è stata il nostro primo obiettivo”.

“L’unico modo per capire come si comportano le stelle massicce negli ultimi anni della loro vita fino al punto di esplosione è rilevare le supernovae quando sono molto piccole, preferibilmente nelle vicinanze, e poi studiarle su più lunghezze d’onda”, ha detto Berger. “Utilizzando sia telescopi ottici che millimetrici, siamo stati effettivamente in grado di trasformare SN 2023ixf in una macchina del tempo per ricostruire cosa stava facendo la sua stella progenitrice fino al momento della sua morte”.

L’importanza degli astrofili

La scoperta della supernova stessa, e l’immediato seguito, hanno un grande significato per gli astronomi di tutto il mondo, compresi quelli che fanno scienza nel proprio cortile. Itagaki ha scoperto la supernova il 19 maggio 2023 dal suo osservatorio privato a Okayama, in Giappone. I dati raccolti da Itagaki e da altri astrofili hanno ampiamente individuato il momento dell’esplosione Precisione Entro due ore, dando agli astronomi professionisti del CfA e di altri osservatori un vantaggio nelle loro indagini. Gli astronomi del CfA hanno continuato a collaborare con Itagaki sulle osservazioni ottiche in corso.

“La partnership tra astronomi dilettanti e professionisti ha una lunga tradizione di successo nel campo delle supernovae”, ha affermato Hiramatsu. “Nel caso di SN 2023ixf, ho ricevuto un’e-mail urgente da Kōichi Itagaki non appena ha scoperto SN 2023ixf. Senza questo rapporto, e senza il lavoro e la dedizione di Itagaki, avremmo perso l’opportunità di acquisire una comprensione critica dell’evoluzione dei massici stelle e le loro esplosioni di supernova.”

Riferimenti:

“Dalla scoperta al primo mese della supernova di tipo II 2023ixf: perdita di massa elevata e variabile nell’ultimo anno prima dell’esplosione” di Daichi Hiramatsu, Daichi Tsuna, Edo Berger, Koichi Itagaki e Jared A. Goldberg, Sebastian Gomes, Kishalai D., Griffin Hosseinzadeh, K. Azali Bostrom, Peter J. Brown, Iyer Arcavi, Alison Perrella, Peter K. Blanchard, Gilbert A. Esquierdo, Joseph Farah, Dr. Andrew Howell, Tatsuya Matsumoto, Curtis McAuley, Megan Newsom, Estefania Padilla Gonzalez, Craig Pellegrino, Jaehyun Rhee, Giacomo Teran, Joseph Venco e J. Craig Wheeler, 19 settembre 2023, Lettere del diario astrofisico.
doi: 10.3847/2041-8213/acf299

“Osservazioni millimetriche di tipo II SN 2023ixf: vincoli sul mezzo interstellare circostante” di Ido Berger, Garrett K. Keating, Raffaella Margutti, Keiichi Maeda, Kate D. Alexander, Yvette Sindis, Taranah Eftekhari, Mark Jurwell, Daichi Hiramatsu, Anna Y. Q. Ho, Tanmoy Laskar, Ramprasad Rao e Peter K. G. Williams, 10 luglio 2023, Lettere del diario astrofisico.
doi: 10.3847/2041-8213/ace0c4