Gli astronomi hanno trovato una nana bianca che un tempo erano due nane bianche. La coppia di stelle si è fusa in una circa 1,3 miliardi di anni fa. La stella risultante, denominata WDJ0551+4135, dista circa 150 anni luce.
A Nana bianca è lo stato finale di stelle come il nostro Sole. Una volta che hanno consumato il loro combustibile nucleare, espellono il loro materiale esterno. Ciò che resta è una collezione di materia indescrivibilmente densa, senza fusione in atto. La sua luminosità deriva dalla sua energia termica immagazzinata.
'Questa stella si è distinta come qualcosa che non avevamo mai visto prima.'
Autore principale Mark Hollands, Università di Warwick.
Questa nana bianca è diversa dalle altre. Normalmente, l'atmosfera di una nana bianca non contiene molto carbonio. Ma WDJ0551+4135 ha un'atmosfera con elevati livelli di carbonio. È anche molto più massiccio di una tipica nana bianca.
Rappresentazione artistica di due nane bianche nel processo di fusione. A seconda della massa combinata, il sistema può esplodere in una supernova termonucleare o fondersi in un'unica nana bianca pesante, come con WDJ0551+4135. Immagine: Copyright University of Warwick/Mark Garlick
Entrambe queste caratteristiche si sono distinte per gli astronomi dietro un nuovo studio che annuncia la scoperta. Il ricercatore principale dello studio è il dottor Mark Hollands, del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick. Lo studio si intitola “ Una nana bianca ultra-massiccia con un'atmosfera mista idrogeno-carbonio come probabile residuo di fusione .” È pubblicato nell'edizione del 2 marzo di Nature Astronomy.
Prima che una stella diventi una nana bianca, passa attraverso un gigante rosso fase. Se la gigante rossa non ha massa sufficiente per fondere il carbonio, carbonio e ossigeno si raccoglieranno in una massa al centro della stella. Mentre la stella si libera degli strati esterni, alla fine lascia dietro di sé solo un residuo, la nana bianca. La maggior parte dei nani è composta principalmente da quel carbonio e ossigeno, sebbene ne esistano altri tipi.
Ma normalmente, quel carbonio non è visibile. Uno spesso strato di elio di solito lo blocca. Nel loro studio, il team ha utilizzato il telescopio William Herschel per esaminare spettroscopicamente la nana bianca. Ciò ha dimostrato che l'atmosfera aveva un contenuto di carbonio insolitamente alto, cosa che non dovrebbe essere possibile.
Impressione artistica del telescopio spaziale Herschel. Credito: ESA
“Questa stella si è distinta come qualcosa che non avevamo mai visto prima. Ci si potrebbe aspettare di vedere uno strato esterno di idrogeno, a volte mescolato con elio, o solo una miscela di elio e carbonio', ha detto l'autore principale Hollands in un comunicato stampa . “Non ti aspetti di vedere questa combinazione di idrogeno e carbonio nello stesso momento in cui dovrebbe esserci uno spesso strato di elio nel mezzo che lo vieta. Quando l'abbiamo guardato, non aveva alcun senso'.
In termini stellari, la maggior parte delle nane bianche non è così massiccia. In genere sono circa 0,6 volte più massicci del nostro Sole. Ma WDJ0551+4135 è diverso. La sua massa è quasi il doppio di quella di una tipica nana bianca, a 1,14 masse solari. È ancora estremamente compatto per un oggetto con così tanta massa, proprio come le altre nane bianche. È solo circa due terzi del diametro della Terra.
Anche la sua velocità nello spazio non corrisponde a quella di altre nane bianche. Gli astronomi usano il termine 'standard locale di riposo' per descrivere il movimento medio della materia nella Via Lattea. È tra 202-241 km/s. Ma WDJ0551+4135 viaggia a 129?±?5?km?s?1rispetto allo standard locale di riposo, molto più veloce di altre materie.
Poiché le stelle più vecchie viaggiano più velocemente di quelle giovani poiché entrambe orbitano nella Via Lattea, questa nana bianca deve essere più vecchia. In effetti, la sua alta velocità significa che è più veloce del 99% delle altre nane bianche nella galassia. Nel loro studio gli autori affermano: “Abbiamo scoperto che questa velocità si trova al 99° percentile della distribuzione della velocità tridimensionale (3D) delle nane bianche vicine con magnitudini assolute simili. Poiché la dispersione della velocità stellare aumenta con l'età del sistema, la cinematica veloce di WD J0551 + 4135 può significare un'età del sistema molto più antica di quanto implicato semplicemente dal raffreddamento della nana bianca.
Tutte e tre le caratteristiche lo distinguono dalle altre nane bianche: la sua velocità/età, la sua massa e il suo carbonio visibile.
'L'unico modo in cui puoi spiegarlo è se si è formato dalla fusione di due nane bianche'.
L'AUTORE PRINCIPALE MARK HOLLANDS, UNIVERSITÀ DI WARWICK.
'Abbiamo una composizione che non possiamo spiegare attraverso la normale evoluzione stellare, una massa doppia rispetto alla media per una nana bianca e un'età cinematica più antica di quella dedotta dal raffreddamento', ha detto Hollands. “Siamo abbastanza sicuri di come una stella formi una nana bianca e non dovrebbe farlo. L'unico modo per spiegarlo è se si è formato dalla fusione di due nane bianche'.
Rappresentazione artistica di nane bianche in collisione. Credito: CfA
La nana fusa è probabilmente il risultato di miliardi di anni di evoluzione stellare in un sistema stellare binario. Una delle stelle raggiunge la sua fase di gigante rossa prima del suo partner e si espande, avvolgendo il partner. Quando la prima stella si restringe, l'orbita tra le due si avvicina. Quindi la seconda stella attraversa la sua fase di gigante rossa, espandendosi e avvolgendo l'altra.
Ci vogliono miliardi di anni, ma alla fine l'emissione di onde gravitazionali fa restringere ulteriormente l'orbita. La fine è in vista, o forse il matrimonio, e quando l'orbita si restringe a sufficienza, le stelle si fondono in una.
'Non ci sono così tante nane bianche così massicce, anche se ce ne sono più di quelle che ti aspetteresti di vedere, il che implica che alcune di esse siano state probabilmente formate da fusioni'.
L'AUTORE PRINCIPALE MARK HOLLANDS, UNIVERSITÀ DI WARWICK.
Gli astronomi hanno previsto l'esistenza di nane bianche unite, ma questa continua a infrangere le aspettative. Prevedono che le fusioni dovrebbero avvenire tra due nane bianche di dimensioni diverse. Ma WDJ0551+4135 sembra essere una fusione tra nani di dimensioni simili.
C'è un limite di massa superiore alle nane bianche, anche per una coppia che si è fusa. Se l'oggetto stellare risultante è sufficientemente massiccio, esploderà come supernova in fuga termica . Gli astrofisici pensano che il limite sia di circa 1,4 masse solari, ma non ne sono certi. È possibile che gli oggetti possano esplodere come supernova a meno di 1,4 masse solari. A 1,14 masse solari, questa nana bianca sta aiutando gli astrofisici a capire il limite superiore di massa.
Un'illustrazione di due nane bianche sull'orlo di una fusione. Il materiale sta iniziando a fluire da una stella all'altra, iniziando il processo che potrebbe concludersi con una spettacolare esplosione di supernova. Credito: David A. Aguilar (CfA)
Gli scienziati possono capire l'età di una nana bianca osservando la sua temperatura. Le nane bianche non generano calore perché non c'è più fusione. Sono più simili alle braci che alle stelle e, monitorando il raffreddamento della stella, possono determinarne l'età. Ma quando due nane bianche si fondono, il processo di raffreddamento ricomincia.
Non esiste un modo preciso per determinare l'età di questo, e le due nane bianche potrebbero essere state nane bianche per miliardi di anni prima di fondersi. Tuttavia, i ricercatori pensano che la fusione stessa sia avvenuta circa 1,3 miliardi di anni fa.
Gli scienziati hanno sempre trovato solo poche nane bianche unite prima. Ma questa è la prima volta che ne viene identificato uno attraverso la sua composizione.
'Non ci sono così tante nane bianche così massicce, anche se ce ne sono più di quelle che ti aspetteresti di vedere, il che implica che alcune di esse siano state probabilmente formate da fusioni', ha detto Hollands.
Rappresentazione artistica di una supernova. Se due nane bianche sono abbastanza massicce quando si fondono, esploderanno come una supernova. Credito: NASA
“In futuro potremmo essere in grado di utilizzare una tecnica chiamata asterosismologia per conoscere la composizione del nucleo della nana bianca dalle sue pulsazioni stellari, che sarebbe un metodo indipendente che confermerebbe questa stella formata da una fusione.
'Forse l'aspetto più eccitante di questa stella è che non è riuscita quasi a esplodere come supernova: queste esplosioni gigantesche sono davvero importanti nella mappatura della struttura dell'Universo, poiché possono essere rilevate a distanze molto grandi', ha detto olandesi. “Tuttavia, rimane molta incertezza su che tipo di sistemi stellari arriveranno allo stadio di supernova. Per quanto strano possa sembrare, misurare le proprietà di questa supernova 'fallita' e dei futuri sosia, ci sta dicendo molto sui percorsi verso l'auto-annientamento termonucleare'.