La supernova che nessuno si aspettava

“It’s just a puzzle in the sky.
That’s what we live for, what astronomers love.”*
Stanford Woosley (astronomo)

Un nuovo rompicapo brilla in cielo. Parliamo della supernova iPTF14hls, una sorgente peculiare e interessante, perché finora nessuno aveva mai osservato una supernova con caratteristiche simili.

Il nome, una sigla alfanumerica di difficile pronuncia, deriva dal fatto che questa supernova è stata scoperta dalla Intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), una survey a grande campo di vista (7.8 gradi quadri). Una survey astronomica è una mappa generale o fotografia del cielo ottenuta senza voler puntare il telescopio verso un oggetto specifico. La iPTF, in particolare, è condotta da una rete di telescopi che scandagliano il cielo in maniera automatica alla ricerca di sorgenti con forte variabilità temporale nella banda ottica. Sorgenti quali, per esempio, le supernovae.

iPTF14hls è stata osservata per la prima volta tre anni fa, il 22 settembre 2014, ed è poi stata classificata come supernova del tipo II-P, sulla base delle righe misurate nello spettro ottico. Come vi avevamo spiegato qui, una supernova di tipo II è l’ultimo stadio dell’evoluzione di una stella molto più massiccia del Sole, che “muore” con una spettacolare esplosione. Questa classe di sorgenti è studiata in dettaglio da molti anni, anche perché la sottoclasse II-P è piuttosto comune; nelle supernovae II-P il collasso del nucleo stellare porta alla formazione di una stella di neutroni e di un’onda d’urto, che spazza via gli strati più esterni della stella progenitrice nel mezzo interstellare. Gli astronomi si sono accorti però che iPTF14hls non è come tutte le altre supernovae, in quanto la sua luminosità non ha seguito l’andamento previsto, ma la sua evoluzione è stata molto più lenta: a 100 giorni dalla scoperta, infatti, sembrava una supernova esplosa da soli 30 giorni. Gli scienziati hanno quindi usato diversi telescopi ottici, il radiotelescopio JVLA e il satellite X Swift per monitorare il comportamento della sorgente alle diverse frequenze e verificare così diversi possibili scenari teorici. Hanno così scoperto che la supernova è rimasta brillante per 600 giorni mostrando cinque picchi nella sua luminosità. Normalmente, con il passare del tempo dall’esplosione, nelle supernovae si osserva anche una diminuzione della velocità nelle righe spettrali di assorbimento perché il materiale espulso si espande, assottigliandosi e rivelando altro materiale che si muove più lentamente e che era rimasto nascosto fino a quel momento. Tuttavia, nel caso di iPTF14hls è stata misurata una velocità costante per queste righe. Inoltre, il raggio della regione da cui sembrano provenire invece le righe di emissione appare più grande di quello della fotosfera della stella. Caratteristiche che hanno fatto supporre esplosioni precedenti a quella osservata nel 2014.

Una sorgente quindi del tutto singolare e sulla quale, in base alle osservazioni effettuate, gli astronomi sono riusciti a stabilire che:

• l’interazione del materiale espulso con il mezzo interstellare non è probabilmente in grado di spiegare l’incremento in luminosità, perché la sorgente non mostra le righe spettrali attese in questo scenario. Inoltre, non è stata osservata emissione nelle bande radio e X, che è un indicatore di un’interazione di questo tipo;
• l’emissione dalla supernova è del tutto consistente con una sorgente sferica e non mostra quindi nessuna asimmetria, la quale invece avrebbe potuto spiegare sia la grande luminosità che la grande energia liberata nell’esplosione;
• osservando le lastre fotografiche storiche del Palomar si è trovata evidenza di una possible precedente esplosione, nel 1954, fatto a sostegno della tesi delle esplosioni multiple. È stato calcolato che la possibilità che i due eventi di supernova siano non collegati tra loro si assesta tra l’uno e il cinque per cento;
• eventi analoghi a iPTF14hls sono molto rari: una stima – probabilmente per eccesso – ne prevede una circa ogni 100 o 1000 supernovae di tipo II-P, ma è molto difficile fare una stima attendibile sulla base di una scoperta singola;
• questa supernova è esplosa in una galassia piccola e irregolare a circa 500 milioni di anni luce dalla Terra

Quale spiegazione quindi per questa sorgente?

Modello a Magnetar: una magnetar è una stella di neutroni dall’intenso campo magnetico e in rapida rotazione, che si forma in seguito al collasso di una stella di 20-30 volte la massa del Sole. Il campo magnetico intenso che la caratterizza sarebbe in grado di trasferire la sua energia rotazionale al materiale espulso durante l’esplosione, e causare così un aumento di luminosità. Tuttavia, la presenza di una magnetar non sarebbe in grado di spiegare la luminosità così variabile di iPTF14hls. Grande variabilità che è del tutto consistente, invece, con l’accrescimento su un buco nero.

Modello di Pulsation Pair Instability Supernova: in questo caso si ipotizza una stella progenitrice di circa 95-130 volte la massa del Sole nella quale le reazioni nucleari fanno sì che siano raggiunte temperature estremamente elevate tali da causare la produzione di coppie elettrone-positrone, con conseguente perdita di energia per cui la stella si “restringe”. Ciò causa un ulteriore aumento di temperatura, che innesca reazioni nucleari esplosive, con conseguente espulsione degli strati stellari più esterni. Un ciclo che si ripete finché la stella non raggiunge una massa “stabile”. Esaurito poi il combustibile nucleare, il nucleo stellare collassa dando origine a un buco nero senza un’ulteriore esplosione. Questo fenomeno è in grado di spiegare l’andamento variabile della luminosità, ma non l’enorme rilascio di energia registrato per iPTF14hls. Inoltre, questo modello non prevede la grande quantità di idrogeno (qualche decina di masse solari) misurata invece dalle osservazioni.

Non capita tutti i giorni di scoprire un oggetto celeste difficile da spiegare nel quadro delle teorie astrofisiche accreditate. Al momento, come abbiamo visto, non esiste alcun modello in grado di spiegare tutte le osservazioni di questa sorgente. Sicuramente questa scoperta porterà a nuovi sviluppi, sui quali torneremo ad aggiornarvi in futuro.

Note:
*È proprio un enigma nel cielo. / È per cose come questa che viviamo, è questo ciò che gli astronomi amano. (Traduzione dell’autrice)

Bibliografia e suggerimenti per ulteriori letture:

http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature24030
https://www.scientificamerican.com/article/bizarre-supernova-defies-understanding/

Immagine di copertina: supernova in falsi colori, immagine NASA