Le stelle esplodono in galassie polverose – non possiamo sempre vederle

Le stelle che esplodono generano emozionanti giochi di luce. I telescopi a infrarossi come Spitzer sono in grado di vedere attraverso la foschia e dare un’idea migliore di quanto spesso si verificano queste eruzioni.

Penseresti che le supernove – l’agonia di stelle massicce e tra le esplosioni più luminose e potenti dell’universo – siano difficili da perdere. Tuttavia, il numero di tali esplosioni osservate nelle parti più lontane dell’universo è molto inferiore alle aspettative degli astrofisici.

Nuovo studio che utilizza i dati di NASAIl telescopio spaziale Spitzer recentemente ritirato ha riportato la scoperta di cinque supernove che non erano mai state viste prima, non rilevate alla luce ottica. Spitzer ha visto l’universo nella luce infrarossa, che penetra attraverso nuvole di polvere che bloccano la luce ottica, il tipo di luce che vedono i nostri occhi e che le supernove non ostruite irradiano più brillantemente.

Per cercare supernove nascoste, i ricercatori hanno studiato le osservazioni di Spitzer di 40 galassie polverose. (Nello spazio, la polvere si riferisce a particelle simili a grani con una consistenza simile al fumo.) Sulla base del numero che hanno trovato in queste galassie, lo studio conferma che le supernove si verificano effettivamente con la frequenza prevista dagli scienziati. Questa previsione si basa sull’attuale comprensione degli scienziati di come si evolvono le stelle. Studi come questo sono necessari per migliorare questa comprensione, rafforzandone o mettendone in discussione alcuni aspetti.

Scarica questo poster NASA gratuito, che commemora il telescopio spaziale Spitzer in pensione. Credito: NASA/JPL-Caltech

«Questi risultati con Spitzer mostrano che i sondaggi ottici su cui abbiamo fatto affidamento per molto tempo per rilevare le supernova mancano fino alla metà delle esplosioni stellari che si verificano nell’universo», ha detto Ori Fox, uno scienziato dello Space Telescope Science Institute. a Baltimora. Maryland e autore principale del nuovo studio, pubblicato su Monthly Notice of the Royal Astronomical Society. «È un’ottima notizia che il numero di supernovae che vediamo con Spitzer sia statisticamente coerente con le previsioni teoriche».

Il «paradosso della supernova» – la discrepanza tra il numero di supernove previste e il numero osservato dai telescopi ottici – non è un problema nell’universo vicino. Lì, le galassie hanno rallentato il ritmo della formazione stellare e sono generalmente meno polverose. Nelle regioni più lontane dell’universo, tuttavia, le galassie appaiono più giovani, producono stelle a velocità più elevate e tendono a contenere maggiori quantità di polvere. Questa polvere assorbe e disperde la luce ottica e ultravioletta, impedendole di raggiungere i telescopi. Quindi i ricercatori hanno a lungo ragionato che le supernove mancanti devono esistere ed essere invisibili.

«Poiché l’universo locale si è un po’ calmato dai suoi primi anni di formazione stellare, vediamo il numero previsto di supernovae con le tipiche ricerche ottiche», ha detto Fox. «Tuttavia, il tasso di rilevamento della supernova osservata diminuisce man mano che ci si sposta ulteriormente e risale alle ere cosmiche in cui predominavano le galassie più polverose».

Rilevare supernove a distanze così grandi può essere difficile. Per condurre una ricerca di supernova circondate da misteriosi mondi galattici ma a distanze meno estreme, il team di Fox ha selezionato un gruppo locale di 40 galassie soffocate dalla polvere, note come galassie infrarosse luminose e ultra-luminose (rispettivamente LIRG e ULIRG). La polvere nei LIRG e negli ULIRG assorbe la luce ottica da oggetti come le supernovae, ma consente alla radiazione infrarossa di questi stessi oggetti di passare senza ostacoli finché i telescopi come Spitzer non possono rilevarla.

L’intuizione dei ricercatori si è rivelata corretta quando le cinque supernove mai viste prima sono apparse alla luce (infrarossa). «È una testimonianza del potenziale di scoperta di Spitzer che il telescopio sia stato in grado di captare il sottile segnale di supernova da queste galassie polverose», ha detto Fox.

Il coautore dello studio Alex Filippenko, professore di astronomia presso Università della California, Berkeley. «Hanno aiutato a rispondere alla domanda: ‘Dove sono finite tutte le supernove?’ «

I tipi di supernova scoperti da Spitzer sono conosciuti come «supernovae da collasso di base», che includono stelle giganti con una massa almeno otto volte quella del Sole. Man mano che invecchiano e il loro nucleo si riempie di ferro, le grandi stelle non possono più produrre energia sufficiente per resistere alla propria gravità e i loro nuclei collassano improvvisamente e catastroficamente.

Le intense pressioni e temperature generate durante il parto rapido formano nuovi elementi chimici attraverso la fusione nucleare. Le stelle collassate alla fine rimbalzano sui loro nuclei super densi, esplodendo in piccoli pezzi e disperdendo quegli elementi nello spazio. Le supernovae producono elementi «pesanti», come la maggior parte dei metalli. Questi elementi sono essenziali per la costruzione di pianeti rocciosi, come la Terra, così come per gli organismi biologici. In generale, i tassi di supernova sono un esame importante dei modelli di formazione stellare e della formazione di elementi pesanti nell’universo.

«Se hai un’indicazione di quante stelle si stanno formando, puoi prevedere quante esploderanno», ha detto Fox. «O, al contrario, se hai un’indicazione di quante stelle stanno esplodendo, puoi prevedere quante stelle si stanno formando. Comprendere questa relazione è fondamentale per molte aree di studio dell’astrofisica».

I telescopi di nuova generazione, tra cui il Roman Nancy Grace Space Telescope della NASA e il James Webb Space Telescope, rileveranno la luce infrarossa, come Spitzer.

«Il nostro studio ha dimostrato che i modelli di formazione stellare sono più coerenti con i tassi di supernova di quanto si pensasse in precedenza», ha detto Fox. «Rivelando queste supernove nascoste, Spitzer ha aperto la strada a nuovi tipi di scoperte con Webb e telescopi spaziali romani».

Riferimento: “A Spitzer Un’indagine sulle supernovae oscurate dalla polvere” di Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamas Szalay, Lee Armos, Alexei V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger e Schuyler de Van Dyck, 21 giugno 2021 e Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stab1740

Maggiori informazioni sulla missione

Il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California ha condotto operazioni di missione e ha comandato la missione Spitzer Space Telescope per la direzione della missione scientifica dell’agenzia a Washington. Le operazioni scientifiche sono state condotte presso lo Spitzer Science Center presso il California Institute of Technology di Pasadena. Le operazioni dei veicoli spaziali erano basate presso Lockheed Martin Space a Littleton, in Colorado. I dati sono archiviati nell’Infrared Science Archive situato presso l’IPAC presso il California Institute of Technology. Caltech corre Laboratorio di propulsione a reazione alla NASA.