Rappresentazione artistica di un sistema stellare come quello dello studio in oggetto. Crediti: Nasa e L. Hustak.
Setacciando i dati d'archivio del satellite Kepler della Nasa, gli astronomi hanno scoperto una nova nana la cui luminosità è aumentata di 1600 volte in meno di un giorno. Il sistema binario è costituito da una nana bianca e da una compagna nana bruna, alla quale la nana bianca sta risucchiando materiale. Tutti i dettagli della scoperta su Mnras.
Il satellite Kepler della Nasa è stato progettato per trovare pianeti extrasolari, cercando stelle la cui luce si affievolisce al passaggio di un pianeta davanti alla stella stessa. Fortunatamente, lo stesso design lo ha reso uno strumento ideale per individuare altri oggetti astronomici transienti, ossia oggetti la cui luminosità aumenta o diminuisce nel tempo.
Una ricerca effettuata sui dati di archivio di Kepler, oggi in pensione, ha rivelato un’insolita esplosione da una nova nana precedentemente sconosciuta, che ha aumentato la sua luminosità di 1600 volte in meno di un giorno, prima di svanire lentamente.
Una nova nana è un tipo di variabile cataclismica, consistente in una stella binaria molto stretta in cui una delle componenti è una nana bianca che risucchia materia dalla sua compagna. In particolare, il sistema stellare in questione è costituito da una stella nana bianca con una compagna nana bruna, la cui massa è circa un decimo di quella della nana bianca. Una nana bianca è ciò che rimane del nucleo di una vecchia stella simile al Sole e contiene una massa pari a circa una massa solare in un raggio paragonabile a quello della Terra. Una nana bruna è un oggetto con una massa tra 10 e 80 volte la massa di Giove, non sufficiente per innescare la fusione nucleare al suo interno.
La nana bruna in oggetto orbita attorno alla nana bianca ogni 83 minuti, a una distanza di soli 400mila chilometri, pari a circa la distanza dalla Terra alla Luna. Sono così vicine che la forte gravità della nana bianca attrae il materiale della nana bruna, prosciugandola come farebbe un vampiro. Il materiale strappato alla stella va a formare un disco attorno alla nana bianca (noto come disco di accrescimento), sul quale scivola spiraleggiando verso la nana bianca stessa.
Questo evento è rimasto nascosto nell’archivio di Kepler fino a quando non è stato identificato da un team guidato da Ryan Ridden-Harper dello Space Telescope Science Institute (Stsci) di Baltimora, nel Maryland, e dalla Australian National University di Canberra, in Australia. «In un certo senso, abbiamo scoperto questo sistema per caso. Non eravamo specificamente alla ricerca di una super esplosione. Stavamo cercando qualsiasi tipo di transitorio», ha detto Ridden-Harper.
La scoperta – pubblicata lo scorso 21 ottobre 2019 sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – è stata fatta con l’aiuto di un programma automatico che ha setacciato i dati di Kepler, come un detective che si occupa di cold case, per trovare indizi su esplosioni molto veloci e misteriose avvenute nell’universo. Il programma mira a rilevare eventi astronomici rari che si evolvono rapidamente, nel giro di ore o giorni, come esplosioni di raggi gamma da supernove, collisioni di stelle di neutroni o esplosioni che non si erano mai viste prima attraverso i telescopi ottici.
Dopo nove anni di raccolta di dati sullo spazio profondo, che hanno rivelato come il nostro cielo notturno sia pieno di miliardi di pianeti nascosti, il telescopio spaziale Kepler della Nasa è andato in pensione nel novembre 2018. Ha lasciato in eredità oltre 2600 esopianeti scoperti, molti dei quali potrebbero essere abitabili, e una miriade di dati che continuano ad essere setacciati alla ricerca, oltre che di nuovi pianeti, di fenomeni transienti come quello osservato nello studio in oggetto. Crediti: Nasa/Ames Research Center/W. Stenzel/D. Rutter
Ebbene, Kepler è stato in grado di catturare l’intero evento, osservando un lento aumento della luminosità seguito da una rapida intensificazione. In realtà, la teoria prevede un bagliore improvviso e il motivo per cui, in questo caso, si è verificato un avvio lento, rimane un mistero. Le teorie standard della fisica del disco di accrescimento non prevedono questo fenomeno, che è stato successivamente osservato in altre due esplosioni di nova nane. «Questi sistemi di nova nane sono stati studiati per decenni, quindi individuare qualcosa di nuovo è piuttosto difficile», ha dichiarato Ridden-Harper. «Vediamo dischi di accrescimento ovunque – dalle stelle appena formate ai buchi neri supermassicci – ed è quindi importante capirli».
È stato un puro caso che Kepler guardasse nella direzione giusta nel momento in cui questo sistema ha subito la super esplosione, aumentando la sua luminosità di oltre mille volte. In effetti, Kepler era l’unico strumento che avrebbe potuto testimoniarlo, poiché il sistema stellare, in quel momento, era troppo vicino al Sole, dal punto di vista della Terra. La rapida cadenza di osservazioni di Kepler, che ha preso dati ogni 30 minuti, si è rivelata cruciale per catturare ogni dettaglio dell’esplosione.
Le teorie suggeriscono che una super esplosione simile si inneschi quando l’accrescimento del disco raggiunge un punto di non ritorno. Man mano che accumula materiale, il disco cresce di dimensioni fino a quando il bordo esterno entra in risonanza gravitazionale con la nana bruna in orbita. Ciò potrebbe innescare un’instabilità termica, causando il surriscaldamento del disco. In effetti, le osservazioni mostrano che la temperatura del disco sale da circa 2700 – 5300 gradi Celsius, nel suo stato normale, a un massimo di 9700 – 11700 gradi Celsius, al picco dell’esplosione.
Questo tipo di sistema è relativamente raro, ne sono noti solo un centinaio. Un singolo sistema può andare avanti per anni o decenni senza esplosioni, il che rende una vera sfida riuscirne a catturarne uno nell’atto dell’esplosione. «Il rilevamento di questo oggetto fa sperare di trovare eventi ancora più rari nascosti nei dati di Kepler», ha dichiarato il coautore Armin Rest di Stsci. Il team prevede di continuare a setacciare i dati di Kepler, nonché quelli di un altro cacciatore di esopianeti, il Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess), alla ricerca di altri fenomeni transienti.
«Le continue osservazioni di questi sistemi stellari dinamici da parte di Kepler/K2, e ora di Tess, ci consentono di studiare le prime ore dell’esplosione, un dominio temporale quasi impossibile da raggiungere dagli osservatori terrestri», ha affermato Peter Garnavich dell’Università di Notre Dame, in Indiana.
