Che cosa sono quei lampi blu nell’universo?

Scoppi blu luminosi che svaniscono rapidamente erano considerati supernove insolite, ma un nuovo scoppio, il più brillante finora, suggerisce il contrario.

Nel 2024, gli astronomi hanno scoperto il più luminoso transitorio ottico blu veloce (LFBOT) mai osservato.

I LFBOT sono lampi di luce blu estremamente luminosi che brillano per brevi periodi prima di svanire.

Una nuova analisi di questa esplosione da record, che include osservazioni dall’International Gemini Observatory, finanziato in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, mette in discussione ogni comprensione precedente di questi rari eventi esplosivi.

Tra i fenomeni cosmici più sconcertanti scoperti negli ultimi decenni ci sono brevi e molto luminosi lampi di luce blu e ultravioletta che gradualmente svaniscono, lasciando debole emissioni di raggi X e radio.

Questa curiosa classe di oggetti è nota come transitori ottici luminosi e rapidi blu (LFBOT) e, con poco più di una dozzina finora scoperti, gli astronomi hanno dibattuto se siano prodotti da un tipo insolito di supernova o da gas interstellare che cade in un buco nero.

L’analisi del LFBOT più brillante finora, denominato AT 2024wpp e scoperto lo scorso anno, mostra che non sono né l’uno né l’altro.

Invece, un team guidato da ricercatori dell’Università della California, Berkeley, ha concluso che sono causate da una grave interruzione delle maree, in cui un buco nero fino a 100 volte la massa del nostro Sole distrugge completamente la sua enorme stella compagna nel giro di pochi giorni.

Questa scoperta risolve un dilemma che dura da decenni, ma illustra anche le molte varietà di calamità stellari che gli astronomi incontrano, ognuna con il proprio spettro caratteristico di luce che si evolve nel tempo.

Individuare i processi che producono queste firme luminose uniche mette alla prova le conoscenze attuali della fisica dei buchi neri e aiuta gli astronomi a comprendere l’evoluzione delle stelle nel nostro Universo.

L’analisi del team su AT 2024wpp è presentata in due articoli recentemente accettati da The Astrophysical Journal Letters. Gli studi utilizzano dati provenienti da una vasta collezione di telescopi che hanno misurato le varie lunghezze d’onda della luce emesse dal LFBOT.

Dati cruciali quasi infarati sono stati raccolti con lo strumento Flamingos-2 sul telescopio Gemini South in Cile, metà dell’Osservatorio Internazionale Gemini, finanziato in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e gestito dalla NSF NOIRLab

“La scoperta in corso di transitori ottici luminosi e rapidi di colore blu mostra che Gemini South e altre strutture astronomiche terrestri sono pronte a caratterizzare questi misteriosi oggetti”, afferma Martin Still, direttore del programma NSF per l’Osservatorio Internazionale Gemini. 

“Ci aspettiamo che l’Osservatorio NSF–DOE Vera C. Rubin individui un gran numero di questi oggetti transitori, offrendo a Gemini e ad altri telescopi opportunità senza precedenti per osservazioni dettagliate di follow-up.”

I LFBOT prendono questo nome perché sono luminosi — visibili su distanze da centinaia di milioni a miliardi di anni luce — e durano solo pochi giorni.

Producono luce ad alta energia che va dall’estremità blu dello spettro ottico fino all’ultravioletto e ai raggi X.

Il primo è stato osservato nel 2014, ma il primo con dati sufficienti per l’analisi è stato registrato nel 2018 e, secondo la convenzione standard di denominazione, si chiamava AT 2018cow.

Il nome ha portato i ricercatori a chiamarla la Mucca, e i successivi LFBOT sono stati chiamati, ironicamente, il Koala (ZTF18abvkwla), il diavolo della Tasmania (AT 2022tsd) e il Fringuello (AT 2023fhn). Forse AT 2024wpp sarà conosciuto come la Wasp.

La consapevolezza che AT 2024wpp non poteva essere il risultato di una supernova è arrivata dopo che i ricercatori hanno calcolato l’energia emessa da essa. Si è rivelato 100 volte superiore a quanto si produrrebbe in una supernova normale.

L’energia irradiata richiederebbe la conversione di circa il 10% della massa a riposo del Sole in energia in una scala temporale molto breve di settimane.

In particolare, le osservazioni di Gemini South hanno rivelato un eccesso di luce nel vicino infrarosso emessa dalla sorgente.

Questa è solo la seconda volta che gli astronomi osservano un fenomeno del genere (l’altro caso è AT 2018cow), che chiaramente non è presente nelle normali esplosioni stellari.

Queste osservazioni stabiliscono l’eccesso nel vicino infrarosso come caratteristica distintiva degli FBOT, anche se nessun modello può spiegare questo fenomeno.

“La quantità enorme di energia irradiata da questi esplosioni è così grande che non si possono alimentarli con un collasso del nucleo, un’esplosione stellare — o qualsiasi altro tipo di esplosione stellare normale”, afferma Natalie LeBaron, studentessa laureata all’UC Berkeley e prima autrice dell’articolo che presenta i dati Gemini.

“Il messaggio principale di AT 2024wpp è che il modello con cui abbiamo iniziato è sbagliato. Non è sicuramente solo una stella che esplode.”

I ricercatori ipotizzano che la luce intensa e ad alta energia emessa durante questa estrema interruzione delle maree sia stata una conseguenza della lunga storia parassita del sistema binario dei buchi neri.

Mentre ricostruiscono questa storia, il buco nero aveva risucchiato materiale dal suo compagno per molto tempo, avvolgendosi completamente in un’aureola di materiale troppo lontana dal buco nero per poterlo inghiottire.

Poi, quando la stella compagna si avvicinò troppo e fu squarciata, il nuovo materiale si infilò nel disco di accrescimento rotante e colpì il materiale esistente, generando luce a raggi X, ultravioletta e blu.

Gran parte del gas del compagno finì anche per turbinare verso i poli del buco nero, dove fu espulso come getto di materiale.

Il team calcolò che i getti viaggiavano a circa il 40% della velocità della luce e generavano onde radio quando incontravano il gas circostante.

Come la maggior parte dei LFBOT, AT 2024wpp si trova in una galassia con formazione stellare attiva, quindi si prevedono stelle grandi come queste.

L’AT 2024wpp dista 1,1 miliardi di anni luce ed è tra 5 e 10 volte più luminosa rispetto all’AT 2018 cow.

La massa stimata della stella compagna che è stata lacerata era più di 10 volte la massa del Sole.

Potrebbe essere stata quella che viene chiamata stella Wolf-Rayet, una stella molto calda ed evoluta che ha già consumato gran parte del suo idrogeno. Questo spiegherebbe la debole emissione di idrogeno da AT 2024 ppp.

Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA. Image Processing: J. Miller (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab), T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), M. Zamani & D. de Martin (NSF NOIRLab)

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