Come ritrovare in cielo una stella osservata nel 1437

L’11 marzo 1473 alcuni astronomi coreani si sono trovati di fronte a una stella molto luminosa che apparì improvvisamente nel cielo e il 25 marzo dello stesso anno svanì.

Gli astronomi coreani non lo sapevano ancora ma avevano, molto probabilmente, osservato quel fenomeno astrofisico che oggi chiamamo nova. Abbiamo dovuto aspettare 544 anni per ritrovare quella stessa che illumino il cielo coreano; in questo post provo a raccontarvi per bene tutta la faccenda.

In realtà, ho letto questa storia su diversi siti italiani e non, e devo dire che tutti l’hanno raccontata abbastanza bene. In principio ho pensato che non ci sarebbe stato bisogno di scrivere alcunché; tuttavia, alcuni dettagli venivano, anche giustamente direi, lasciati in sospeso.
Siccome questo è un blog di astrofisica, mi sembra giusto approfondire e dare un quadro più esaustivo del discorso. Quindi, procediamo con ordine.

Capita molto spesso che le stelle non siano oggetti isolati, ma piuttosto si trovino a coppia in sistemi binari. Ci sono delle volte, poi, in cui le due componenti della coppia sono fatte così: c’è una stella e una nana bianca.
Una nana bianca è ciò che resta di una stella di piccola massa quando arriva alla fine del suo ciclo evolutivo. Si tratta di un piccolo oggetto fatto principalmente di carbonio che produce luce solo sotto forma di calore (cioè non vi sono reazioni nucleare che convertono massa in energia, come nel Sole per esempio).


Ora, quando abbiamo un sistema binario dove una delle stelle è una nana bianca, la situazione può assumere diversi epiloghi. Questo perché la stella compagna comincia ad accrescere materiale sulla nana bianca. Quindi la nana bianca inizia a fagocitare parte del materiale della sua stella compagna. La situazione è tipo quella mostrata nell’immagine qui sotto:

Nana bianca, in inglese, si dice “white dwarf”, mentre la stella compagna in figura è indicata con “main-sequence companion”. © chandra.harvard.edu

Domanda spontanea: perché la stella compagna “sente” il bisogno di accrescere materiale sulla nana bianca? C’entra la gravità in combinazione con l’evoluzione stellare. Infatti, una qualsiasi stella (anche il Sole), quando arriva nelle fasi finali della propria vita, inizia ad espandersi, quando finisce di bruciare l’idrogeno nel nucleo. In un sistema binario, però, l’espansione si blocca quando la stella raggiunge le dimensioni relative al proprio lobo di Roche. I lobi di Roche (indicati nella figura con una linea tratteggiata bianca) non sono entità concrete che si possono vedere o toccare: si tratta di un limite teorico, che si può calcolare dunque, è che descrive cosa accade quando la stella compagna si espande troppo.
Quando dunque una stella, espandendosi, raggiunge il limite dettato dal suo lobo di Roche, il materiale comincia a fluire dall’altra parte, nell’unico spazio libero rimasto, ovvero il lobo di Roche relativo alla nana bianca A tutto ciò, poi, si aggiunge il fatto che comunque c’è in gioco la gravità e che con il tempo la nana bianca e la stella compagna hanno orbite sempre più vicine, favorendo ancora di più il fatto che parte del materiale della stella compagna finisca sulla superficie della nana bianca. E qua bisogna stare attenti.

Infatti, la nana bianca, come abbiamo visto, è una stella particolare. Nelle stelle normali, il peso del gas della stella è sorretto dalla pressione del gas stesso, quest’ultima alimentata dalle reazioni di fusione nucleare che trasformano l’idrogeno in elio. Nella nana bianca, invece, l’unica pressione disponibile è quella degli elettroni che sono sopravvissuti alla fine della stella originaria e che ora si trovano tutti ammassati nella nana bianca.

In un sistema binario, però c’è un problema: sopra gli elettroni ammassati della nana bianca sta arrivando altro materiale proveniente dalla stella compagna. Già così, a naso, si capisce che l’accumulo di materiale sulla nana bianca non può continuare all’infinito. Ci sarà un momento in cui avverrà un’esplosione. Il punto di rottura si ha quando la nana bianca si avvicina a una massa di circa 1,4 masse solari, cioè una massa di 1,4 volte quella del Sole. Questo valore si chiama anche limite di Chandrasekhar.

Ora qui abbiamo due possibili scenari, i quali dipendono dalla velocità con cui la stella compagna accresce materiale sulla nana bianca.

Caso 1 – Se il ritmo di accrescimento è molto alto, allora le condizioni di temperatura e pressione sono quelle giuste per far innescare le reazioni nucleari del carbonio (cioè il materiale di cui è fatta principalmente la nana bianca), non appena la nana bianca si avvicina al limite di 1,4 masse solari. Alla fine, tutto esplode e della nana bianca non resta niente.
Questo fenomeno si chiama supernova di tipo Ia.

Caso 2 – Se il ritmo di accrescimento non è molto elevato, allora, quando la nana bianca ha quasi raggiunto una massa vicina al limite di Chandrasekhar, a bruciare non sarà il carbonio della nana bianca, bensì l’idrogeno della stella compagna che si è riversato sulla superficie della nana bianca. Anche in questo caso, comunque, si arriva a una esplosione, ma non si ha una distruzione totale come nel caso precedente. La nana bianca sopravvive e il processo di accrescimento può anche ripetersi in futuro.
Questo fenomeno si chiama nova.

Eccolo, quello esposto nel caso 2 dovrebbe proprio essere ciò che hanno osservato gli astronomi coreani nel 1473.
Per anni, l’astrofisico Micheal Shara e i suoi collaboratori hanno cercato di capire quale fosse l’origine di quel fenomeno accaduto circa 500 anni prima e se fosse ancora possibile rintracciarlo.
Infatti, in entrambi i casi di supernova o nova, l’esplosione comunque genera un’espulsione nello spazio del gas che prima faceva parte della stella o della nana bianca: si osserva, cioè, una nebulosa.
Studiando le varie lastre fotografiche a disposizione negli archivi delle osservazioni astronomiche, alla fine ce l’hanno fatta: sono riusciti a trovare la stessa stella che avevano osservato gli astronomi coreani.
La faccenda è andata così: sono andati a osservare nella zona dove è avvenuta la nova del 1473 è hanno trovato ciò che vedete nell’immagine qui sotto.

Foto della nebulosa che rappresenta i resti della nova del 1473
(immagine tratta dall’articolo scientifico Shara et al., Nature 2017)

Nell’immagine ci sono diversi simboli, che ora vi spiegherò. La prima cosa che ha notato Shara è: questa nebulosa rappresenta i resti di una nova, però al suo centro non vi è una nova. Strano, insomma.

Una nova, però si trova un po’ lontano dal centro, verso il basso della figura, dove ci sono quei due piccoli segmenti rossi. Il centro della nebulosa è indicato da quelle tre piccole croci in rosso, verde e blu (non importa ora sapere perché ci sono tre crocette).

Ma le stelle si muovono nel cielo. Anche il Sole, per esempio, si muove attorno alla Via Lattea a circa 220 chilometri al secondo. Nel peggiore dei casi, si muovono proprio lungo la nostra direzione di vista; in questo caso le vediamo immobili nel cielo, poiché si muovono radialmente. Tipicamente, però, una stella si muoverà sia radialmente che trasversalmente, ovvero, oltre ad allontanarsi/avvicinarsi da noi, la si può anche vedere muoversi nel cielo. Questo tipo di moto si chiama moto proprio, nel senso che è un moto dovuto davvero alla stella e non, per esempio, al fatto che la Terra stia girando o altri moti apparenti. Osservare il moto proprio di una stella non è una cosa che si può fare in una notte: sono necessari anni, anche decenni.

Quindi, tornando alla nostra stella perduta, magari, se si potesse andare a guardare delle vecchie foto di quella nebulosa, si potrebbe tracciare il moto della nova (quella indicata dai segmenti rossi) e vedere se in passato si trovava al centro della nebulosa. Ovviamente, non ci sono foto del 1473. Tuttavia, Shara e il suo team, negli archivi di Harvard, hanno trovato una serie di foto dal 1923 fino al 2016, sempre di quella nebulosa. Così hanno potuto calcolare il moto della nova nell’ultimo secolo e, estrapolando all’indietro nel tempo, risalire alla sua posizione nel 1473. Incredibilmente, questi dati mostrano che la nova che ora osserviamo distante dal centro della nebulosa, nel 1473 si trovava proprio al centro della nebulosa: ecco, quella nova è la stella luminosa che osservarono gli astronomi coreani 544 anni fa.

Insomma, è stata fatta un po’ di archeologia astronomica. Penso che, al di là del fascino del mistero astronomico in sé, questa scoperta mostri come il lavoro che gli astrofisici fanno abbia un respiro, in termini di tempi, molto più ampio di quello di una singola vita umana. Gli astrofisici tracciano moti di stelle, contano galassie, misurano radiazione elettromagnetica e onde gravitazionali non per capire immediatamente domani mattina come funziona l’universo. O meglio, sarebbe bellissimo capire domani mattina come funziona l’universo, ma non è così che funziona l’astrofisica: ci vogliono anni, tanto impegno, molta pazienza, forse secoli, come nel caso della nova osservata in corea 544 anni fa.

L‘astrofisica è un piatto che va consumato freddo, ma i risultati che ottiene son la cosa più calda ed eccitante che mai un essere umano possa ottenere: provare l’ebbrezza di capire come funziona l’universo.

Per saperne di più:
Articolo su Nature
Articolo sul New York Times

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