Gli astronomi hanno scoperto una nana bianca così massiccia che potrebbe collassare

Gli astronomi hanno scoperto la nana bianca più piccola e più grande di sempre. La brace ardente, che si è formata quando due nane bianche meno massicce e pesanti si sono fuse, “impacchetta più massa del nostro sole in un oggetto delle dimensioni della nostra luna”, afferma Ilaria Caiso, postdoc di Sherman Fairchild. Astrofisico teorico al Caltech e autore principale del nuovo studio apparso sul numero del 1 luglio della rivista natura. “Può sembrare controintuitivo, ma le nane bianche più piccole sono più massicce. Ciò è dovuto al fatto che le nane bianche non hanno la combustione nucleare che mantiene le stelle normali contro la loro stessa gravità, e invece la loro dimensione è regolata dalla meccanica quantistica”.

La scoperta è stata fatta dalla Zwicky Transient Facility, o ZTF, che lavora presso l’Osservatorio Palomar del Caltech. Due telescopi hawaiani – il WM Keck Observatory a Maunakea, Hawaii Island e l’University of Hawaii Institute for Astronomy’s Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) a Haleakala, Maui – hanno aiutato a distinguere la stella morta, insieme a quella da 200 pollici Hill Telescope a Palomar, l’Osservatorio spaziale europeo di Gaia e l’Osservatorio Swift di Neil Gehrells della NASA.

Le nane bianche sono i resti crollati di stelle che una volta avevano una massa otto volte maggiore o più leggera del nostro sole. Il nostro sole, ad esempio, dopo essere stato eruttato per la prima volta in una gigante rossa in circa 5 miliardi di anni, alla fine perderà i suoi strati esterni e si ridurrà in una nana bianca compatta. Circa il 97 percento di tutte le stelle diventa nane bianche.

Mentre il nostro Sole è solo nello spazio senza un partner stellare, molte stelle orbitano l’una intorno all’altra in coppia. Le stelle invecchiano insieme e se entrambe hanno meno di otto masse solari, entrambe si evolveranno in nane bianche.

Gli astronomi hanno scoperto un corpo stellare noto come nana bianca delle dimensioni della luna terrestre. La larghezza della nana bianca è di circa 4.300 km, mentre la larghezza della luna è di 3.500 km. La nana bianca è raffigurata sopra la luna in questa rappresentazione artistica; La nana bianca si trova infatti a 130 anni luce di distanza nella costellazione dell’Aquila. Credito: Giuseppe Baresi

La nuova scoperta fornisce un esempio di cosa può accadere dopo questa fase. Le coppie di nane bianche, orbitando tra loro, perdono energia sotto forma di onde gravitazionali e alla fine si fondono. Se le stelle morte sono abbastanza massicce, esplodono in quella che viene chiamata una supernova di tipo Ia. Ma se sono al di sotto di una certa soglia di massa, si fondono insieme in una nuova nana bianca che è più pesante di qualsiasi stella precedente. Questa fusione migliora il campo magnetico di questa stella e accelera la sua rotazione rispetto alle stelle precedenti.

Gli astronomi affermano che la piccola nana bianca appena scoperta, chiamata ZTF J1901 + 1458, ha intrapreso il percorso finale dell’evoluzione. I suoi antenati si sono fusi per produrre una nana bianca con una massa 1,35 volte la massa del nostro sole. La nana bianca ha un intenso campo magnetico circa un miliardo di volte più forte del nostro Sole e si muove attorno al suo asse a un ritmo frenetico di una rivoluzione ogni sette minuti (la nana bianca più piatta conosciuta, chiamata EPIC 228939929, ruota ogni 5,3 minuti).

“Abbiamo catturato questo oggetto molto interessante che non era abbastanza massiccio da esplodere”, dice Kiazzo. “Stiamo davvero indagando su quanto sia grande una nana bianca”.

Inoltre, Chiazu e i suoi collaboratori ritengono che una nana bianca compatta potrebbe essere abbastanza massiccia da evolversi in una stella morta ricca di neutroni, o stella di neutroni, che si forma tipicamente quando una stella molto più grande del nostro sole esplode in una supernova.

“Questo è molto speculativo, ma è possibile che la nana bianca sia abbastanza massiccia da collassare ulteriormente in una stella di neutroni”, afferma Chiazu. Sono così massicci e densi che gli elettroni nei loro nuclei vengono catturati dai protoni nei nuclei per formare neutroni. Poiché la pressione degli elettroni spinge contro la forza di gravità, che mantiene intatta la stella, il nucleo collassa quando vengono rimossi troppi elettroni”.

Se l’ipotesi della formazione di stelle di neutroni è corretta, potrebbe significare che una parte significativa di altre stelle di neutroni si è formata in questo modo. La vicinanza dell’oggetto appena scoperto (circa 130 anni luce) e la sua giovane età (circa 100 milioni di anni o meno) suggeriscono che oggetti simili possano verificarsi più comunemente nella nostra galassia.

magnetico e veloce

La nana bianca è stata avvistata per la prima volta dal collega di Caiazzo Kevin Bridge, un ricercatore post-dottorato Caltech, dopo aver studiato le immagini di tutto il cielo scattate da ZTF. Questa particolare nana bianca, se analizzata insieme ai dati di Gaia, si è distinta per essere estremamente massiccia e con una rotazione veloce.

“Finora nessuno è stato in grado di esplorare sistematicamente fenomeni astronomici di breve durata su questo tipo di scala. I risultati di questi sforzi sono stati sorprendenti”, afferma Burridge, che ha guidato il team che ha scoperto nel 2019 Una coppia di nane bianche orbitano l’una intorno all’altra ogni sette minuti.

Il team ha quindi analizzato lo spettro della stella utilizzando lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) dell’Osservatorio Keck quando Caiazzo ha scosso le impronte digitali di un campo magnetico molto forte e si è resa conto che lei e il suo team avevano trovato qualcosa di “molto speciale”, dice. La forza del campo magnetico, insieme alla velocità di rotazione dell’oggetto di sette minuti, suggerisce che sia stato il risultato della fusione di due nane bianche più piccole in una sola.

I dati di Swift, che monitora la luce ultravioletta, hanno aiutato a determinare le dimensioni e la massa della nana bianca. Con un diametro di 2.670 miglia, ZTF J1901 + 1458 si assicura il titolo per la nana bianca più piccola conosciuta, battendo i precedenti detentori del record, RE J0317-853 e WD 1832 + 089, ciascuno con un diametro di circa 3.100 miglia.

In futuro, Caiazzo spera di utilizzare ZTF per trovare più nane bianche come questa e, in generale, per studiare la popolazione nel suo insieme. “Ci sono molte domande da affrontare, ad esempio qual è il tasso di fusione delle nane bianche nella galassia, ed è sufficiente per spiegare il numero di supernove di tipo Ia? Come si crea un campo magnetico in questi forti eventi, e perché c’è una tale diversità nell’intensità del campo magnetico tra le nane? “Nane bianche? Trovare un gran numero di nane bianche nate da fusioni ci aiuterà a rispondere a tutte queste domande e altro ancora”.

Riferimento: “Una nana bianca altamente magnetizzata e che ruota velocemente, piccola come la luna” di Ilaria Kaizo, Kevin B. Bridge, James Fuller, Jeremy Hill, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni, Eric C. Belm, Andrew Drake, Dimitri A. Dowef, Matthew J. Graham, George Helu, Ashish A Mahabal, Frank J. Massey, Roger Smith e Mayan T. Somagnac, 30 giugno 2021, disponibile qui. natura.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-y

Lo studio, intitolato “Una nana bianca altamente magnetizzata e rotante, piccola come la luna”, è stato finanziato dalla Rose Hills Foundation, dalla Alfred P. Sloan Foundation, dalla NASA, dalla Heising-Simons Foundation e dalla AF Morrison Lick Fellowship. . L’Osservatorio, l’NSF e il Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

Informazioni su LRIS

Lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) è uno spettrometro e imaging a lunghezza d’onda visibile altamente sensibile e versatile che è stato costruito al Caltech da un team guidato dai professori Bev Oak e dal professor Judy Cohen e commissionato nel 1993. Da allora ha subito due importanti aggiornamenti per potenziare le sue capacità: l’aggiunta di un braccio Un secondo blu ottimizzato per lunghezze d’onda della luce più corte e l’installazione di rivelatori più sensibili al più lungo (rosso). Ogni braccio è ottimizzato per le lunghezze d’onda che copre. Questo ampio range di copertura delle lunghezze d’onda, unito all’elevata sensibilità dello strumento, permette di studiare di tutto, dalle comete (che hanno caratteristiche interessanti nella parte ultravioletta dello spettro), alla luce blu della formazione stellare, alla luce rossa proveniente da oggetti molto distanti. . LRIS registra anche gli spettri di un massimo di 50 oggetti contemporaneamente, il che è particolarmente utile per gli studi di ammassi di galassie nei tempi più lontani e antichi dell’universo. LRIS è stato utilizzato per osservare le supernove lontane dagli astronomi che hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2011 per la ricerca che ha determinato che l’universo stava accelerando la sua espansione.

Informazioni sull’Osservatorio WM Keck

I telescopi dell’Osservatorio WM Keck sono tra i telescopi scientifici più produttivi della Terra. I due telescopi ottici/infrarossi a 10 m sopra Maunakea sull’isola di Hawai Hawi dispongono di una suite di strumenti avanzati tra cui imager, spettrofotometri multi-corpo, spettrofotometri ad alta risoluzione, spettrometri integrati e sistemi di ottica adattiva stellare leader a livello mondiale. . Alcuni dei dati qui presentati sono stati ottenuti dal Keck Observatory, un’organizzazione no-profit 501(c)3 che funge da partnership scientifica tra Caltech, l’Università della California e la National Aeronautics and Space Administration. L’osservatorio è stato reso possibile dal generoso sostegno finanziario della Fondazione WM Keck. Gli autori desiderano riconoscere e riconoscere il ruolo culturale molto importante e venerato che Maunakea ha sempre avuto all’interno della comunità nativa hawaiana. Siamo molto fortunati ad avere l’opportunità di fare osservazioni da questa montagna.