Scoperta la nana bianca piu’ massiccia e piccola di sempre

Il team è stato guidato dall’astrofisica italiana Ilaria Caiazzo. La scoperta di questa nana bianca, un po’ più grande della Luna ma più massiccia del Sole, potrebbe aprire nuove frontiere in merito allo studio di queste stelle

Poco meno di 1.4 masse solari concentrate in un volume un po’ più grande della nostra Luna. Si tratta della nana bianca piu’ massiccia e piccola conosciuta, la cui scoperta è merito di un team internazionale guidato da Ilaria Caiazzo, Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Astrofisica Teorica presso il California Institute of Technology (Caltech). Le nane bianche più sono massicce e piu’ sono di dimentsioni ridotte. Ciò è dovuto al fatto che la loro struttura non e’ sostenuta dalla combustione nucleare, che sostiene le stelle “normali” contro la loro stessa gravità, bensi` dalla cosidetta pressione di degenerazione degli elettroni ad alta densita’, un fenomeno squisitamente quantistico che determina una diversa equazione di stato rispetto al caso della materia stellare a densita’ minore, e di conseguenza una diversa relazione massa-volume.  

La scoperta è stata fatta dalla Zwicky Transient Facility, o ZTF, che opera presso l’Osservatorio Palomar del Caltech;  una serie di altri telescopi ha contribuito a caratterizzare la stella, chiamata ZTF J1901+1458, tra cui: il telescopio Hale a Palomar, il telescopio Keck I del WM Keck Observatory, l’osservatorio spaziale europeo Gaia, il Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response) dell’Università delle Hawaii e il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA. 

Le nane bianche

Le nane bianche sono i resti di stelle con una massa iniziale inferiore a circa otto volte la massa solare, ovvero i loro nuclei spogliati via via di tutti gli strati piu’ esterni durante le fasi finali dell’evoluzione stellare. Il nostro Sole, ad esempio, dopo la fase di gigante rossa esplellerà i suoi strati esterni, lasciando una nana bianca compatta (circa il 97 % di tutte le stelle diventa nane bianche). Il Sole è una stella solitaria ma l’Universo pullula di sistemi binari. Le stelle invecchiano insieme e, se hanno entrambe meno di otto masse solari, si evolveranno entrambe in nane bianche.

La nuova scoperta fornisce un esempio di cosa può accadere dopo questa fase.  La coppia di nane bianche, che si muovono a spirale l’una intorno all’altra, perde energia sotto forma di onde gravitazionali e alla fine si fonde.  Se le stelle morte sono abbastanza massicce, esplodono in quella che viene chiamata una supernova di tipo Ia.  Ma se sono al di sotto di una certa soglia di massa, si combinano in una nuova nana bianca più pesante di entrambe le stelle progenitrici.  Questo processo di fusione aumenta il campo magnetico di questa stella e, a seguito della conservazione del momento angolare orbitale del sistema, ne accelera la rotazione rispetto a quella dei progenitori. ZTF J1901+1458 si trova proprio in questa fase.  Poiché la somma delle masse delle stelle originarie era appena al di sotto del limite di massa al quale una nana bianca sarebbe esplosa, noto come limite di Chandrasekhar, la fusione ha prodotto una nana bianca 1,35 volte la massa del nostro Sole.  La nana bianca ha un campo magnetico estremo, quasi un miliardo di volte più forte di quello della nostra stella ed ha una rivoluzione ogni sette minuti. 

Ipotesi e studi futuri

Caiazzo ed il suo team credono che, per effetto della graduale cattura di elettroni da parte dei nuclei di neon al centro della stella e la conseguente riduzione della pressione di degenerazione elettronica, la nana bianca possa essere abbastanza massiccia da poter collassare in futuro in una stella stella di neutroni, tipologia di oggetti che si forma anche quando una stella di oltre 10 masse solari esplode come supernova. Se questa ipotesi di formazione di stelle di neutroni si rivelasse corretta, potrebbe significare che una parte significativa di altre stelle di neutroni prende vita in questo modo. ZTF J1901+1458 si trova a circa 130 anni luce di distanza dalla Terra e contestualmente alla sua giovane età (circa 100 milioni di anni o meno) porta a credere che oggetti simili possono formarsi nella Via Lattea molto più frequentemente di quanto di pensasse. Questa scoperta rappresenta solo l’inizio di futuri studi e ricerche in merito a questa tipologie di stelle.

Riferimenti:

• https://www.caltech.edu/about/news/a-white-dwarf-living-on-the-edge
• https://www.nature.com/articles/s41586-021-03615-y