Le nane bianche sono corpi celesti che si formano al termine della vita di stelle di massa piccola-media, come il Sole. Questi oggetti possono esplodere come supernovae Ia (“di tipo primo a”) quando superano una massa limite di 1.44 masse solari.

Recentemente, un gruppo guidato dal Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) ha scoperto un sistema binario, attraverso l’emissione di raggi-X a bassa energia, nel quale è presenta una nana bianca molto particolare. Studiandone il segnale, si è scoperto che la nana bianca sta bruciando elio in maniera stabile, sulla propria superficie. Inoltre, la massa di questa nana bianca sta crescendo ad un ritmo più lento di quanto precedentemente ipotizzato.

Questi indizi potrebbero aiutare gli astronomi a capire meglio i processi che portano all’esplosione delle nane bianche, e la loro frequenza.

Perché le supernovae Ia sono così importanti?

Le supernovae di tipo Ia giocano un ruolo fondamentale in astronomia. Infatti, possono esser utilizzate come indicatori di distanza, poiché possiedono tutte la stessa luminosità.

Grazie a questo tipo di supernovae, si è scoperto, alla fine degli anni 20’, che l’universo non è statico ma si sta espandendo. Successivamente, agli inizi degli anni ’90, si è scoperto che questa espansione non è costante ma è in accelerazione. Inoltre, queste supernovae producono una grande quantità di elementi chimici, in particolare il ferro.

Quando una nana bianca si trova in un sistema binario, nel quale la stella compagna sta ancora bruciando idrogeno nel suo nucleo, può strappare il gas dagli strati più esterni della stella compagna. Una volta che la nana bianca ha accumulato sufficiente gas da superare la massa limite di 1.44 masse solari, detta massa di Chandrasekar, questa esploderà come supernova di tipo Ia.

Osservare nane bianche in accrescimento. Idrogeno o elio?

Quando la nana bianca strappa il materiale dalla stella, questo materiale può innescare reazioni di fusione nucleare sulla superficie della nana bianca stessa. Di conseguenza si presenterà un’emissione di raggi-X a bassa energia, compresa tra 0.09 e 2.5 keV (chiamati super-soft X-ray). Ed è grazie a queste emissioni che queste tipo di nane bianche sono state individuate per la prima volta agli inizi degli anni 90’, attraverso le osservazioni condotte dal satellite tedesco ROSAT.

Studiando gli spettri di questi segnali si è scoperto che il materiale strappato dalla stella compagna è principalmente idrogeno. Questo aspetto ha fatto sorgere un problema, non da poco, legato alla successiva esplosione come supernovae Ia: in queste esplosioni non c’è alcuna traccia di idrogeno.

Per superare questo problema, sono stati proposti sistemi binari in cui la nana bianca accresce elio, e non idrogeno, dalla stella compagna, però questi ultimi non stati mai stati osservati, fino ad ora. Infatti, a questo punto, entra in gioco il team guidato dall’MPE.

Analizzando i dati ottenuti dai telescopi spaziali XMM-Newton ed eROSITA, che osservano nella finestra dei raggi-X, e studiando lo spettro del sistema binario [HP99] 159, che emette raggi-X a bassa energia già conosciuto, il team ha scoperto che il materiale accresciuto sulla nana bianca è principalmente elio.

Nuova classe di nane bianche per studiare le Supernovae Ia

Questa è una scoperta di grande importanza, perché è la prima nana bianca che presenta tracce della fusione stabile di elio sulla sua superficie. Questa nuova classe di nane bianche potrebbe gettar luce ed aiutare gli astronomi a comprendere meglio il processo che porta una nana bianca ad esplodere come supernova.

Un’altra peculiarità di questo sistema è la sua luminosità, poiché è quasi 10 volte più debole di quanto predetto dai modelli teorici. La luminosità di una nana bianca in un sistema binario è legata al tuo tasso di accrescimento, ovvero a quanto la sua massa sta aumentando a causa del materiale che sta strappando dalla sua compagna.

La bassa luminosità di questa nana bianca, rimasta invariata nel corso dei precedenti decenni, implica che la sua massa sta crescendo ad un ritmo molto più lento rispetto a quanto ritenuto possibile dagli astronomi. Questa crescita più lenta potrebbe spiegare il numero di supernovae Ia osservate nella nostra Galassia; infatti, fino ad ora sono state documentate solo 2/3 supernovae Ia nel corso della storia dell’umanità.

La scoperta di questa nana bianca che sta bruciando elio, dunque, può aiutare gli astronomi a capire meglio come una nana bianca evolve in un sistema binario e il processo di formazione delle supernovae Ia.

La ricerca, pubblicata su Nature, è reperibile qui.