Il “cammello” misterioso che rivela la nascita di un buco nero

Il lampo di un’esplosione simile a una supernova, ma molto più breve e più intenso, ha colto di sorpresa gli astronomi. Il fenomeno, soprannominato “Cammello” per analogia con un raro esempio precedente, sarebbe dovuto al collasso di una stella massiccia morente durante il quale, invece di una stella di neutroni, si forma un buco nero che divora la stella dall’interno
di Jonathan O’Callaghan/Quanta Magazine
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Nel 2018, una bizzarra esplosione in una galassia a 200 milioni di anni luce da noi ha colpito l’attenzione degli astronomi. Più breve e luminosa, non assomigliava a nessuna delle supernove già note. All’evento è stato dato un nome ufficiale, AT2018cow, ma gli è stato subito attribuito un nomignolo: the Cow, la mucca.

Questo breve episodio – detto “transiente” – sfidava le normali spiegazioni. C’è chi ha pensato a una stella lacerata da un buco nero nelle vicinanze, ma altri hanno preferito l’idea di una “supernova fallita”, cioè un buco nero che divora quasi letteralmente la stella dall’interno. Per scoprirlo con certezza, però, servivano altri eventi dello stesso tipo.

E più di due anni dopo, ne è arrivato un altro. A partire dal 12 ottobre 2020, in una galassia a tre miliardi di anni luce da noi, i telescopi hanno osservato un oggetto diventare incredibilmente luminoso e poi scomparire. Secondo quanto riportato in un articolo pubblicato sul sito arxiv.org, l’oggetto si è comportato in modo quasi identico a Cow, inducendoli a credere che si tratti dello stesso tipo di evento. Per mantenere la tradizione, gli hanno affibbiato un altro nome animale: the Camel, il cammello. “È davvero emozionante” ha dichiarato Deanne Coppejans, astrofisica alla Northwestern University. “La scoperta di un altro transiente come AT2018cow è la prova che non si trattava di un’eccezione: siamo di fronte a una nuova forma di transiente.”

Cow era stato una sorpresa, e quando è apparso gli astronomi non avevano ben chiaro cosa fosse. Camel, invece, è come un ladro che fa scattare un nuovo sistema d’allarme. “Siamo riusciti a capire cos’era nel giro di qualche giorno”, dice Daniel Perley, astrofisico alla John Moores University a Liverpool, a capo del nuovo studio. “E abbiamo parecchi dati supplementari.”

Quattro giorni dopo, il team ha usato i telescopi delle isole Canarie e delle Hawaii per ricavare dati fondamentali sulle proprietà dell’evento, e ha poi diramato un avviso agli altri astronomi.

L’evento ha ricevuto due nomi. Il primo, AT2020xnd, basato sul catalogo globale di tutti i transienti, e l’altro, ZTF20acigmel, dallo Zwicky Transient Facility, il telescopio responsabile della scoperta. Il team ha anagrammato il secondo nome in “Camel”. “Xnd non suonava altrettanto bene” dice Perley.

Come il suo predecessore, Camel è diventato molto luminoso in breve tempo (circa 100 volte più di qualsiasi normale supernova), raggiungendo il picco in due o tre giorni soltanto per poi affievolirsi velocemente nel giro di pochi giorni, invece che di settimane. “Si spegne a grande velocità, e mentre si spegne resta caldo”, spiega Perley.

Studiando i dati del passato, gli astronomi hanno scovato altri due eventi simili a Cow prima di questa scoperta – “Koala” e CSS161010 – ma Camel è il primo dopo Cow a essere osservato in tempo reale e analizzato in dettaglio.

I quattro eventi hanno proprietà simili: diventano subito luminosi, per poi spegnersi altrettanto velocemente. Sono anche caldi, e questo è il motivo per cui appaiono blu. Ma questi “veloci transienti ottici blu” non sono identici.”A essere simili sono l’esplosione in sé e quella sorta di vita da zombie dopo la morte”, afferma Anna Ho, l’astrofisica dell’Università della California a Berkeley che scoprì Koala e che fa parte del team che ha osservato Camel. Tutti gli eventi danno l’idea di una stella che si scontra con gas e polveri vicine ed esplode. “Ma la fase di collisione in cui si osserva l’esplosione che si scontra con materiale ambientale, mostra alcune differenze, nella quantità di materiale disperso e nella velocità con cui l’onda d’urto dell’esplosione attraversa il materiale.”

La più accettata al momento è l’ipotesi della “supernova fallita”. Il processo ha inizio quando una stella massiccia (circa 20 volte la massa del Sole) esaurisce il proprio combustibile e muore. Il suo nucleo a quel punto collassa, dando origine a ciò che normalmente sarebbe una regolare supernova, con il materiale in caduta che rimbalza verso l’esterno, e lasciando al centro un oggetto denso: una stella di neutroni. Nel caso di Camel e Cow “avviene qualcosa di insolito durante il collasso del nucleo”, dice Perley. “Secondo noi, invece di collassare in una stella di neutroni, collassa direttamente in un buco nero, e la maggior parte della stella ci finisce dentro.” Il buco nero comincia a ruotare rapidamente mentre assorbe gli strati esterni della stella, producendo getti potenti sparati dai poli. Ciò che noi osserviamo è l’esplosione di luce provocata dai getti che sfondano quegli strati esterni.

Sono state avanzate altre ipotesi – per esempio quella di un buco nero di massa intermedia che strappa materiale da una stella in orbita – ma non hanno avuto molto seguito. Secondo Brian Metzger, astrofisico teorico alla Columbia University, “È un’idea esotica, e ho poca inclinazione per le idee più esotiche.”

L’aspetto entusiasmante di Camel è che gli astronomi sono riusciti a raccogliere rapidamente un maggior numero di dati, tra cui onde radio e raggi X. Tutto ciò potrebbe rivelarsi molto utile per comprendere le cause di questo genere di eventi, dice Stephen Smartt, astronomo della Queen’s University a Belfast, che è stato il primo a scoprire Cow nel 2018. “I dati che abbiamo [da Camel]sono quasi una replica di quelli del 2018, il che ci rende abbastanza fiduciosi nel fatto che potremmo trovare più di questi oggetti e capire che cosa potrebbero essere.”

Secondo Ho, queste scoperte ora dovrebbero essere possibili grazie ai miglioramenti nelle tecniche di osservazione che rendono questi eventi più facili da individuare. “All’inizio cercavamo solo eventi che si illuminavano molto rapidamente”, afferma. “Da allora, abbiamo imparato che gli oggetti simili a Cow non solo si illuminano molto rapidamente, ma si spengono anche molto rapidamente.”

Adesso la speranza dei ricercatori è che spuntino altri di questi oggetti, in modo da poterli studiare con maggiore dettaglio. “È un esempio di come, osservando il cielo, troviamo cose del tutto inaspettate”, ha detto Ho.
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(L’originale di questo articolo è stato pubblicato il 10 marzo 2021 da QuantaMagazine.org, una pubblicazione editoriale indipendente online promossa dalla Fondazione Simons per migliorare la comprensione pubblica della scienza. Traduzione di Antonio Casto, editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)