L’arco di Andromeda può essere una stella morente

Scoperto da astronomi dilettanti, un misterioso arco di gas potrebbe essere i resti spettrali di una stella che si sta staccando degli strati esterni. Tuttavia, gli astronomi non hanno ancora raggiunto un consenso.

Nel 2023, un trio di astronomi dilettanti ha scoperto un misterioso arco di gas luminoso vicino alla Galassia di Andromeda (M31).

Il bagliore proviene da atomi di ossigeno a cui mancano due elettroni, ma dove si trovino quegli atomi — se vicino ad Andromeda o nella nostra Via Lattea — non era chiaro.

Ora, un team di astronomi suggerisce che l’arco potrebbe segnare le scosse residue di un’antica stella morente, i cui strati esterni ora stanno attraversando la nostra galassia.

Gli astrofotografi Marcel Drechsler, Xavier Strottner e Yann Sainty scoprirono l’arco, soprannominandolo Strottner-Drechsler-Sainty Object 1 (SDSO-1).

A causa del suo debole bagliore e delle grandi dimensioni — che si estendeva su più di 1,5 gradi, o poco più della larghezza del mignolo se lo tenevi sollevato verso il cielo — i sondaggi professionali non lo avevano notato.

“Con i recenti progressi dei rivelatori digitali, dei filtri ottici a banda passante stretta e di programmi software sofisticati inclusi strumenti di IA, gli astrofotografi amatoriali di oggi dispongono dell’attrezzatura — e del tempo — necessari per ottenere immagini più profonde di oggetti angolari di grandi dimensioni rispetto ai telescopi professionali”, afferma Robert Fesen (Dartmouth College), coautore di un articolo del 2023 che proponeva un’origine extragalattica per SDSO-1.

Non solo i grandi telescopi spesso hanno un campo visivo più piccolo, ma gli astronomi professionisti di solito non passano più di poche ore a fotografare un oggetto, mentre gli amatori scattano decine o addirittura centinaia di immagini, andando “eccezionalmente in profondità”.

Ma una volta che i dilettanti avevano trovato l’oggetto, nessuno era del tutto sicuro di cosa fosse.

Alcuni astronomi pensavano che SDSO-1 potesse essere onde d’urto derivanti dalle interazioni tra gli aloni delle stelle rade e del gas che circondano Andromeda e la Via Lattea mentre le galassie si avvicinano l’una all’altra.

Altri pensavano che l’arco potesse essere collegato a un flusso di stelle che si estendeva da Andromeda.

Ora, Patrick Ogle (Space Telescope Science Institute) e colleghi propongono qualcosa di diverso: che l’arco sia una scossa di assestamento di 400.000 anni fa proveniente da una nebulosa planetaria, il gas diffuso che si espande mentre una stella gigante rossa perde i suoi strati esterni. Individuano anche l’origine della nebulosa: un sistema stellare binario vicino, ad esempio Andromeda, contiene una nana bianca e una stella gigante.

Gli strati esterni della nana bianca, lanciati nello spazio, creano onde d’urto più veloci della velocità del suono, chiamate bow shock, quando incontrano gas interstellare.

(I nomi possono essere confusi: le nebulose planetarie non sono correlate ai pianeti, e per esempio Andromedae prende il nome non dalla galassia ma dalla costellazione in cui si trova il sistema.)

Mentre una nebulosa planetaria vecchia di 400.000 anni sarebbe normalmente troppo debole per essere vista, i resti della stella morente sono diventati visibili mentre si schiantano contro il gas interstellare.

“Quello shock riscalda la metà anteriore del proiettile a 160.000 K e la fa brillare in [ossigeno doppiamente ionizzato], mentre la metà posteriore del proiettile rimane invisibile”, dice Ogle. I risultati sono stati pubblicati sul server di preprint astronomico arXiv.

Il team ha proposto un nome per questo fenomeno mai visto prima: nebulose planetarie fantasma. Se hanno ragione, questo arco sarebbe il primo rilevamento di questi oggetti.

Tuttavia, gli astronomi non hanno ancora raggiunto un consenso. Un articolo apparso su Astronomy and Astrophysics ha anche rilevato che SDSO-1 si trova nella Via Lattea, ma quel team propone che il gas sia stato solo ionizzato, e non scosso, poiché i fotoni di una fonte luminosa vicina bombardano il gas e ne strappano gli elettroni.

Data la natura senza precedenti dell’arco narrativo, solo il tempo (e con esso, più dati) scoprirà la fonte di questa misteriosa emissione.

Gas scosso o ionizzato?

“Quando la scoperta di SDSO-1 è stata annunciata all’inizio del 2023, l’ho trovata straordinaria, ma la sua interpretazione come shock intergalattico è stata problematica,” dice Ogle.

Alla fine, lui e la sua squadra sono atterrati su un’onda d’urto che non si trova tra le due galassie, ma piuttosto all’interno della Via Lattea.

Il team di Ogle ha raccolto immagini di SDSO-1 e dei suoi dintorni, unendosi ai scopritori per fotografare l’oggetto per un totale di 525 ore.

Cercavano il bagliore di ossigeno doppiamente ionizzato ([OIII]) così come l’emissione da atomi di idrogeno ionizzati (idrogeno-alfa), che avrebbe indicato una nebulosa planetaria o un residuo di supernova.

Le immagini rivelano un’emissione [O III] centrata su EG Andromedae, con filamenti più deboli che si estendono lontano dalla stella.

I filamenti indicano una scossa rapida, sostiene il team di Ogle. I ricercatori hanno inoltre rilevato lunghe bande ondulanti di emissione di idrogeno-alfa, non direttamente associate a SDSO-1 ma che lo indietro di circa 1 grado. Potrebbe indicare turbolenze nel passaggio dell’oggetto.

“EG Andromedae era la seconda fonte ultravioletta lontano più luminosa della regione, ben posizionata per essere la stella centrale della nebulosa planetaria,” dice Ogle.

Sebbene il moto della stella fosse allineato con la direzione dell’arco, la sua distanza da SDSO-1 indicava che l’arco era molto più grande di qualsiasi altra nebulosa planetaria o arco d’arco mai visto, con una larghezza impressionante di 65 anni luce. Le nebulose planetarie hanno tipicamente meno di 5 anni luce di diametro — sono composte da gas fragile e in espansione e diventano troppo deboli per essere viste dopo alcune decine di migliaia di anni. L’oggetto presenta anche una coda lunga 145 anni luce che attraversa Andromeda nel cielo.

Ma la grande dimensione dell’arco rende Fesen scettico riguardo allo scenario dello shock con l’arco.

“Pur trovando interessante la loro ipotesi che la stella binaria EG Andromedae sia la causa di questo grande e sconcertante arco di emissione vicino a M31, non credo che il caso della sua origine sia così risolto come sostengono,” afferma Fesen. Preferisce ancora un’origine extragalattica, nell’interazione tra gli aureoli delle due galassie.

L’altra squadra, pur concordando con quella di Ogle sul fatto che il filamento sia nella galassia, è dubbiosa sullo scenario scioccato. “Lo scenario della nebulosa planetaria fantasma è complicato da accettare”, afferma il team leader Alejandro Lumbreras-Calle (Centro Aragono per la Fisica del Cosmo, Spagna).

Mentre la stella morente viaggia attraverso il gas interstellare, gli strati esterni che ha perso potrebbero essere rapidamente rimossi, “rendendo impossibile raggiungere la grande dimensione che vediamo nelle immagini”, afferma. Ecco perché Lumbreras-Calle preferisce uno scenario in cui il gas venga ionizzato più dolcemente piuttosto che scosso violentemente.

Oltre all’imaging, il team ha misurato lospettro, ovvero l’intensità della luce su diverse lunghezze d’onda, in diverse regioni dell’arco. Hanno esaminato i picchi di luce emessi da specifiche molecole per sondare i loro movimenti.

Lumbreras-Calle e colleghi hanno scoperto che i movimenti del gas erano inferiori a 20 chilometri al secondo (45.000 mph) in tutta la regione, che sostengono sia troppo lento per un bow shock. Invece, suggeriscono che il gas sia molto probabilmente ionizzato piuttosto che scosso — eccitato abbastanza da emettere un bagliore, ma non abbastanza intenso da superare la velocità del suono.

Ogle risponde: “Le nebulose planetarie fantasma sono una nuova classe unica di nebulose,” dice, quindi le loro proprietà sono sconosciute.

” Quando si esplorano nuovi fenomeni, deve sempre esserci un primo, e altre prove si accumulavano per indicare che questa è davvero una fonte molto ampia nella nostra Via Lattea,” dice Ogle.

Il team di Ogle determinò l’età della nebulosa confrontando la velocità di EG Andromeda (107 chilometri al secondo, ovvero 240.000 miglia orarie) e la sua distanza dall’arco. Tornando indietro nel tempo, scoprono che, se SDSO-1 è davvero una scossa d’arco proveniente da una nebulosa planetaria fantasma, sarebbe originata dalla stella madre circa 400.000 anni fa.

Un mistero galattico, irrisolto

Il risultato è convincente, ma gli astronomi non si sono ancora accordati sullo scenario fantasmaglice. Fesen rimane cauto riguardo allo scenario dello shock di prua perché, osserva, il team non ha rilevato l’emissione di idrogeno-alfa che si curva insieme all’arco — le bande ondulanti che i ricercatori osservano non sono così curve come si aspetta, e si trovano a una certa distanza da SDSO-1.

“Tuttavia, sul lato positivo, la proposta di rilevamento della struttura esterna attorno a una nebulosa planetaria altamente evoluta è un’idea interessante e innovativa,” aggiunge.

Fesen non è nemmeno sicuro se le linee di emissione aggiuntive misurate dal team di Lumbreras-Calle siano associate all’arco, sostenendo che presentino una struttura e un aspetto molto diversi. Inoltre, deve esserci un oggetto luminoso nelle vicinanze per ionizzare il gas, come una stella giovane e massiccia, che il team non ha ancora trovato.

Lumbreras-Calle riconosce che trovare questa fonte può essere difficile.

“Poiché la nebulosa è molto estesa nel cielo e potrebbe essere vicina, la sorgente ionizzante potrebbe trovarsi a molti gradi di distanza,” afferma.

Condurre una ricerca così vasta va oltre le capacità del team, “ma seguiremo da vicino i nuovi risultati sia da dilettanti che da professionisti e saremo pronti a cercare candidati promettenti man mano che emergono”, aggiunge.

Misurazioni accurate del moto del gas in diverse parti dell’arco potrebbero aiutare a confermare uno scenario una volta per tutte, secondo Fesen, anche se questi dati saranno difficili da ottenere a causa della debole dell’arco.

Guardando oltre SDSO-1, Ogle e il suo team hanno già identificato altre sette candidate a nebulose planetarie fantasma, basandosi sulle loro caratteristiche simili a questa.

Molti sono stati scoperti da altri astronomi dilettanti negli ultimi cinque anni. “Non sapevamo solo cosa fossero,” dice Ogle. Se confermato, le nebulose planetarie fantasma alimentate da urto rappresenterebbero una nuova fase dell’evoluzione di queste nebulose.

“Non vediamo l’ora di trovarne altri per poter comprendere meglio questa nuova classe di oggetti,” dice Ogle. “Le nebulose planetarie fantasma aprono anche una finestra prima inaccessibile sull’evoluzione tarda delle nebulose planetarie e su come alla fine si fondano con l’ambiente circostante, restituendo la loro materia stellare alla Via Lattea.”

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