Cattiva astronomia | La stella quaternaria HD 74438 mostra agli astronomi come le stelle possono esplodere

A circa 460 anni luce dalla Terra si trova il piccolo ma adorabile ammasso stellare IC 2391. Ha solo circa 250 stelle, ma una di queste è speciale… perché in realtà sono quattro stelle, un sistema quaternario. Gli astronomi che studiano questo sistema hanno ora dimostrato che le complicate interazioni tra le stelle porteranno loro alla vita, e forse – forse – alla morte. Potrebbero non esplodere come supernove, ma ci mostrano che non ci vuole molto per far morire catastroficamente un sistema del genere [link to paper].

Le stelle sono chiamate collettivamente HD 74438, che si pensa siano una stella per decenni. Tuttavia, c’è stato il sospetto che qualcosa fosse successo con questa stella perché è molto più luminosa di quanto ti aspetteresti per il tipo di stella che sembra essere. Solo nel 2017 si è rivelato essere un sistema quaternario; gli spettri presi di HD 74438 hanno mostrato che ci sono quattro stelle lì, una coppia binaria di stelle in orbita attorno a una seconda coppia binaria – quello che viene chiamato un sistema gerarchico, un sistema composto da sistemi più piccoli. Il cluster IC 2391 ha solo circa 40 milioni di anni, rendendo HD 74438 il più giovane sistema quaternario spettroscopico conosciuto.

Le due coppie binarie sono diverse. Una coppia, chiamata stelle A e B, ha circa 1,7 e 1,5 volte la massa del Sole, il che le rende più luminose della nostra stella – insieme sono circa 14 volte più luminose del Sole. Orbitano l’un l’altro in un’ellisse decentemente allungata una volta ogni 21 giorni circa, con una distanza media di circa 30 milioni di chilometri, circa la metà della distanza di Mercurio dal Sole.

L’altro binario, le stelle C e D, hanno all’incirca la stessa massa del Sole, o forse un capello in meno. Si trovano in un’orbita molto più stretta l’una attorno all’altra, impiegando solo 4,4 giorni per orbitare una volta a una distanza di circa 10 milioni di km.

Le stelle C/D orbitano attorno alle stelle A/B ogni 6 anni. L’orbita è altamente ellittica, che va da 450 milioni a 1,2 miliardi di chilometri, e questo risulta essere il loro destino.

Una stella come il Sole crea energia fondendo i nuclei di idrogeno in elio nel suo nucleo. Alla fine si esaurisce, e in un processo complicato questo porta la stella a gonfiarsi in un’enorme gigante rossa, spazzando via i suoi strati esterni e alla fine esponendo il suo nucleo altamente compresso e molto caldo allo spazio. Chiamiamo quell’oggetto una nana bianca. Può avere la stessa massa del Sole ma avere all’incirca le stesse dimensioni della Terra! Ciò lo rende estremamente denso, con un centimetro cubo di materiale nana bianca che ha una massa di una tonnellata. Yikes.

Per le stelle solitarie questa è praticamente la fine della storia. La nana bianca svanisce nel corso di miliardi di anni, e basta.

Ma se la stella si trova in un sistema binario, attorno a una stella ancora normale, le cose possono essere molto diverse. Può attingere materia dall’altra stella, che si accumula sulla nana bianca. L’immensa gravità della nana bianca, centinaia di migliaia di volte più forte di quella terrestre, può comprimere questa materia abbastanza da subire una fusione termonucleare, esplodendo come una bomba.

Questo può spazzare via un’enorme quantità di energia, creando quella che chiamiamo nova, che è migliaia di volte più luminoso del Sole. Ma se abbastanza materiale subisce la fusione l’esplosione può essere così grande da fare a pezzi l’intera stella, creando una supernova, che può essere 10 miliardi di volte più luminosa del Sole! Ka – e non posso sottolinearlo abbastanza – boom.

In generale, la nana bianca deve accumulare abbastanza materia per ottenere circa 1,4 volte la massa del Sole prima di poter esplodere. Questo è stato calcolato per la prima volta dal brillante astronomo Subrahmanyan Chandrasekhar, quindi lo chiamiamo limite di Chandrasekhar.

Il che ci riporta a HD 74438. Alla fine, entrambe le stelle A e B finiranno il carburante, diventeranno giganti rosse e poi nane bianche. Nessuno dei due da solo sarà abbastanza massiccio da esplodere, e data la loro orbita ora dovrebbero essere abbastanza distanti da non allontanarsi l’uno dall’altro.

… la loro orbita ora. Gli astronomi hanno esaminato cosa farà questo sistema nel tempo, come si evolverà. Usando sofisticate simulazioni, hanno trovato qualcosa di sorprendente: la gravità della coppia binaria C/D colpirà e pungerà l’orbita A/B nel tempo, facendole fondere in un’unica stella più massiccia! Mostrano che è anche possibile che accada anche il contrario, C e D si fonderanno a causa della gravità di A/B che li destabilizza.

Fusioni come questa non sono inaudite; pensiamo l’oggetto ridicolmente cool V838 Monocerotis è un’enorme nuvola di polvere e gas espulsa quando due stelle si sono fuse. Alla fine la stella più massiccia diventerà una nana bianca. Le simulazioni per HD 74438 mostrano che né la nana bianca risultante dalla fusione A/B né la fusione C/D supereranno il limite di Chandrasekhar. Aggiungo che è possibile che nel tempo le due nane bianche si fondano. Se lo fanno, supereranno quel limite ed esploderanno. Ciò non accadrebbe per molto, molto tempo però.

Quindi, mentre HD 74438 potrebbe o meno provocare una tale supernova miliardi di anni da oggi, mostra che questo è un altro modo in cui può verificarsi una tale esplosione. Sappiamo che una nana bianca con un compagno normale può esplodere, o due nane bianche in un binario possono fondersi ed esplodere, e ora sappiamo che anche un quaternario gerarchico potrebbe farlo. Se le stelle in HD 74438 fossero solo un po’ più massicce, il loro destino di supernova – o supernovae, se entrambe le binarie fossero abbastanza massicce – sarebbe sigillato.

Questo non sarebbe un modo molto comune per generare una supernova, ma mostra ancora una volta che le nane bianche limite sub-Chandrasekhar possono fondersi e superare il limite, e anche che l’Universo ha molti percorsi per far esplodere le stelle. Queste esplosioni creano elementi pesanti come ferro e calcio e rendono possibile la nascita della vita nell’Universo, o almeno nel nostro caso sulla Terra. È piuttosto bello sapere che ci sono così tanti modi diversi in cui una cosa del genere potrebbe accadere.

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