Sagittarius A East, in blu sulla sinistra. Credits: X-ray: NASA/CXC/Nanjing Univ./P. Zhou et al. Radio: NSF/NRAO/VLA
A seconda della loro età, della loro massa e dell’ambiente circostante, le stelle possono esplodere in molti modi diversi. Particolarmente violenta è l’esplosione di una nana bianca, la quale è ciò che resta di una stella di massa media che completa il suo ciclo vitale: essa, disgregandosi, produce un picco di luminosità assoluta molto intenso e rilascia una grande quantità di materiale caldo nello spazio. Questo tipo di esplosione è detto supernova di tipo Ia, una delle più importanti risorse di elementi come il Ferro, il Nichel e il Cromo.
Negli anni gli astronomi hanno catalogato molti oggetti celesti come residui di questo tipo di eventi catastrofici. Tra di loro anche Sagittarius A East (Sgr A East per brevità), una struttura luminosa composta da polvere e gas situata nelle immediate vicinanze del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.
Di recente uno studio approfondito dei dati spettroscopici ottenuti con l’osservatorio spaziale a raggi X Chandra della NASA ha permesso di concludere che in realtà Sgr A East non si è formato da una supernova di tipo Ia. Le sue particolari caratteristiche suggeriscono che sia il prodotto di un’esplosione più lenta e controllata e che produce elementi meno pesanti, detta supernova di tipo Iax. Questa sottocategoria è stata studiata dagli astronomi in altre galassie, ma non si era mai trovato prima un esempio nella Via Lattea.
“E’ una scoperta davvero importante per comprendere a fondo la miriade di modi in cui una nana bianca può esplodere” afferma Ping Zhou dall’Università di Amsterdam, autore principale del nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal. Poiché Sgr A East dista solo 25.000 anni luce da noi, questo risultato offre l’opportunità di studiare più a fondo questo particolare tipo di esplosione stellare.
Quando una stella di massa media termina il suo ciclo vitale, e al suo interno le reazioni di fusione nucleare sono cessate, l’equilibrio tra la temperatura in calo e la pressione interna è molto instabile. Se la stella orbita in un sistema binario, accade spesso che assorba parte del materiale del compagno binario per accrescere la propria massa, talvolta riuscendo a riattivare la fusione nucleare per la produzione del Carbonio.
Superato un limite di massa critico, inizia il collasso del materiale del guscio della stella verso il centro a cui segue una reazione termonucleare incontrollata che rilascia un’enorme quantità di energia e fa disgregare la stella in una violenta esplosione, detta supernova di tipo Ia. Durante quest’evento catastrofico vengono seminati nello spazio elementi pesanti come Ferro, Nichel e Cromo, prodotti solo dentro le stelle sul punto di esplodere.
Molto particolare e più rara è l’esplosione di supernova di tipo Iax, ancora oggetto di studio. Gli astronomi concordano che in esse le reazioni termonucleari sono più lente e l’esplosione finale meno violenta: di conseguenza, gli elementi prodotti sono meno pesanti rispetto all’ordinaria tipo Ia. Potrebbe persino succedere che una parte della nana bianca sia lasciata intatta. Secondo i calcoli teorici c’è un’esplosione di supernova di tipo Iax ogni tre esplosioni di tipo Ia, ma finora gli astronomi non hanno avuto molte possibilità di indagare su questo tipo di eventi: di tutti i resti di supernova conosciuti nella Via Lattea, nessuno è mai stato catalogato come prodotto da una di tipo Iax. Fino a oggi, perché Zhou e colleghi ritengono di averne scoperto il primo testimone: Sagittarius A East, una struttura molto vicina al buco nero supermassiccio Sagittarius A* al centro della Via Lattea.
Per determinare l’evento che ha prodotto Sgr A East i ricercatori hanno esaminato attentamente i dati disponibili nel database di Chandra. Il risultato dell’analisi suggerisce che la composizione iniziale di Sgr A East differisca in modo molto significativo rispetto ai residui di supernova generati dalle normali esplosioni stellari. Gli spettri, infatti, mostrano una piccola percentuale di elementi di peso medio rispetto al Ferro e grandi proporzioni di Manganese e Nichel.
Confrontando questo risultato con i modelli astrofisici di collasso del nucleo e di produzione di elementi pesanti conosciuti per le supernovae di tipo Ia, gli astronomi hanno scoperto che non c’è corrispondenza. Da qui l’ipotesi che la nascita di Sgr A East sia dovuta a un raro tipo di esplosione stellare, la supernova Iax.
Il fatto che Sgr A East si trovi in prossimità del buco nero supermassiccio Sagittarius A* al centro della Via Lattea e intersechi il disco di materiale che circonda questo gigantesco mostro celeste è stato di grande aiuto. I ricercatori, infatti, hanno potuto analizzare circa 20 anni di dati immagazzinati da Chandra sulla regione centrale della nostra galassia, che il telescopio tiene monitorata. C’è il sospetto che il collasso gravitazionale della stella che ha dato origine a Sgr A East sia proprio causato dal suo lento avvicinarsi al centro del buco nero a causa della forte attrazione gravitazionale, ma solo studi futuri potranno confermare oppure rigettare questa ipotesi.
La scoperta del team guidato da Zhou è di grande importanza non solo per una maggiore comprensione degli straordinari eventi che seguono la morte di una stella, ma anche per capire da quali processi nascono gli elementi molto pesanti che troviamo nell’Universo. Le stelle sono fornaci nucleari che sintetizzano elementi fondamentali per la vita come Ossigeno e Carbonio. Nel momento in cui esplodono, dopo un collasso che spesso dura solo poche decine di secondi, sfruttano tutta l’energia a disposizione per generarne altri, ad esempio il Nichel e il Ferro.
Indagare a fondo su eventi stellari rari come quello che probabilmente ha prodotto Sgr A East ci consentirà di approfondire le nostre conoscenze su dove e come vengono prodotti gli atomi che costituiscono tutta la materia ordinaria conosciuta, dalle rocce e i gas agli esseri viventi.
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