No Surviving Companion to the Galactic SN 1181: Evidence for a Double-Degenerate Channel for Type Iax Supernovae

La storia del detective cosmico: la caccia a una stella scomparsa

Immaginate il cielo notturno come un grande palcoscenico dove le stelle mettono in scena i loro atti finali e spettacolari. Alcuni di questi atti sono chiamati supernovae, che sono essenzialmente enormi fuochi d'artificio stellari che superano in luminosità intere galassie per un breve momento. Per decenni, gli astronomi hanno cercato di capire il "chi" e il "come" dietro un tipo specifico di queste esplosioni chiamato supernovae di Tipo Ia. Pensate a queste come alle "candele standard" dell'universo: stelle che esplodono con una luminosità prevedibile, aiutandoci a misurare le distanze cosmiche. Ma c'è un colpo di scena: un cugino eccentrico e più fioco, noto come Tipo Iax. Queste sono le esplosioni "fallite" che non riescono del tutto a distruggersi, lasciando dietro di sé un resto esaurito invece di una distruzione totale.

Il grande mistero è: cosa causa queste esplosioni? La teoria principale per quelle luminose coinvolge uno scenario a "singola degenerazione". Immaginate una nana bianca (una stella morta e densa) che agisce come un aspirapolvere cosmico, risucchiando gas da una vicina viva e ricca di elio. Alla fine, la nana bianca si riempie troppo, si accende ed esplode, ma la stella vicina sopravvive all'esplosione, fuggendo come un sopravvissuto a un incidente stradale. Tuttavia, per le esplosioni di Tipo Iax più deboli, gli scienziati non erano sicuri se questa stessa storia del "aspirapolvere e del vicino" fosse vera, o se qualcos'altro — come due stelle morte che si scontrano — fosse il vero colpevole. Risolvere questo enigma è fondamentale perché ci dice come l'universo ricicla le sue stelle e crea gli elementi pesanti che compongono i pianeti e le persone.

Il caso del vicino scomparso: SN 1181

In questo articolo, gli autori agiscono come detective cosmici che indagano su una specifica e antica scena del crimine: la supernova galattica SN 1181. Registrata da osservatori in Cina e Giappone quasi 900 anni fa, questa esplosione è un candidato perfetto per un evento debole di Tipo Iax. Era abbastanza luminosa da essere vista a occhio nudo, ma più fioca delle tipiche esplosioni a "candela standard". Fondamentalmente, gli astronomi hanno già trovato la "vittima" di questa esplosione: una nana bianca residua molto calda e veloce (IRAS 00500+6713) situata proprio dove è avvenuta l'esplosione.

Se la teoria dell' "aspirapolvere" (il canale a singola degenerazione) fosse corretta per SN 1181, dovrebbe esserci un sopravvissuto. Proprio come un incidente lascia un'auto danneggiata e un passeggero in fuga, un'esplosione di Tipo Iax guidata da una stella donatrice di elio dovrebbe lasciare dietro di sé una stella di elio sopravvissuta che scappa dalla nana bianca. Gli autori si sono posti l'obiettivo di trovare questo passeggero mancante. Hanno utilizzato due potenti telescopi, Gaia e Pan-STARRS1, per scansionare un'area circolare attorno alla nana bianca residua. Questa zona di ricerca era larga circa 30 arcosecondi (circa le dimensioni di una moneta tenuta a 30 metri di distanza), una dimensione sufficiente per catturare una stella compagna che potrebbe essere stata scagliata via dall'esplosione.

La ricerca e la scomparsa
Il team ha trovato 22 stelle in quella zona di ricerca. Tuttavia, quando hanno esaminato queste stelle al microscopio, nessuna di esse era la stella di elio mancante.

• Il controllo della distanza: Per le 16 stelle rilevate dal satellite Gaia, il team ha controllato le loro distanze e i loro percorsi di movimento. Un vero sopravvissuto avrebbe dovuto trovarsi alla stessa distanza della nana bianca (circa 2,5 kiloparsec di distanza) e muoversi in un modo che tracci la rotta verso il sito dell'esplosione. Nessuna delle stelle di Gaia corrispondeva a questa descrizione; erano o troppo lontane o si muovevano nella direzione sbagliata.
• Il controllo dei sosia: Per le restanti 6 stelle che Gaia aveva mancato ma che Pan-STARRS1 aveva visto, il team ha esaminato i loro colori e la loro luminosità. Una stella di elio sopravvissuta dovrebbe essere incredibilmente calda e luminosa, splendendo di una specifica luce bianco-azzurra. Invece, queste 6 stelle erano rosse e deboli, somigliando più a comuni stelle fredde o oggetti polverosi. Anche quando il team ha provato a immaginare queste stelle come calde stelle di elio nascoste dietro una spessa coltre di polvere, la matematica non tornava; la polvere avrebbe dovuto essere impossibilmente densa per nasconderle, e anche in quel caso, sarebbero state comunque visibili in altri colori.

La simulazione del "E se?"
Per essere assolutamente certi di non aver perso una stella debole e difficile da vedere, gli autori hanno eseguito simulazioni al computer sull'evoluzione di questi sistemi di stelle binarie. Si sono chiesti: "Qual è la stella di elio più piccola e più debole che potrebbe possibilmente sopravvivere a un'esplosione come questa?". Le simulazioni hanno mostrato che anche il sopravvissuto più piccolo e più debole possibile sarebbe stato comunque abbastanza luminoso da essere visto dal telescopio Pan-STARRS1. Il limite del telescopio era una magnitudine di 8 (molto debole), ma le simulazioni dicevano che qualsiasi vero sopravvissuto avrebbe dovuto essere più luminoso della magnitudine 6,5. Poiché il telescopio non ha visto nulla di così luminoso, il "passeggero mancante" semplicemente non c'è.

Il verdetto: Un tipo diverso di collisione

La conclusione è netta: non c'è una stella compagna di elio sopravvissuta per SN 1181. Questa scoperta esclude lo scenario a "singola degenerazione" in cui una nana bianca ruba gas da una stella di elio per questa specifica esplosione. Se la stella di elio non c'è, l'esplosione non poteva essere causata da quel tipo specifico di partenariato.

Inveve, le prove puntano fortemente verso un canale a "doppia degenerazione". Immaginate due nane bianche (entrambe stelle morte) che danzano in un'orbita stretta. Alla fine, si scontrano tra loro, fondendosi in una sola. Questo scontro innesca l'esplosione, ma poiché entrambi i partner erano già morti, non rimane alcuna stella viva a scappare via. Ciò suggerisce che l'universo ha almeno due modi diversi per creare supernovae di Tipo Iax: quelle luminose (come SN 2012Z) potrebbero derivare dallo scenario dell' "aspirapolvere" con un vicino sopravvissuto, mentre quelle più deboli (come SN 1181) derivano dallo scenario della "fusione di stelle morte".

Questo articolo non risolve solo un mistero su un'antica esplosione; suggerisce che la famiglia delle supernovae di Tipo Iax è più diversificata di quanto pensassimo. È come rendersi conto che, mentre alcuni incidenti stradali coinvolgono un conducente e un passeggero, altri coinvolgono due auto che si scontrano senza sopravvissuti. Dimostrando che SN 1181 non ha sopravvissuti, gli autori forniscono una prova diretta che sono in gioco meccanismi di esplosione differenti, aiutandoci a costruire un quadro più completo di come le stelle vivono, muoiono e, a volte, non riescono del tutto a morire.