Chandra rivela la chiave delle origini delle esplosioni cosmiche

 L'esplosione di supernove per misurare l'espansione dell'Universo

Una nuova ricerca dell'osservatorio a raggi X Chandra, ha fornito la maggiore evidenza dell'energia oscura dell'Universo basandosi su una supernova critica.
I risultati dimostrano che le concentrazioni di due densi resti stellari sono la causa più probabile di molte delle supernovae che gli astronomi hanno utilizzato per misurare l'espansione accelerata dell'universo.

Queste supernovae, chiamate di tipo Ia, servono come marcatori per misurare l'espansione dell'universo, perché possono essere viste a grandi distanze e seguono un modello affidabile di luminosità. Tuttavia, fino ad oggi, gli scienziati sono incerti su cosa causi in realtà le esplosioni.

"Questi sono oggetti importantissimi per comprendere l'universo", ha detto Marat Gilfanov del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania. "E' stato un grande imbarazzo perchè noi non sapevamo come funzionasse il processo, ma ora stiamo cominciando a capire che cosa accende la miccia di queste esplosioni".

La maggior parte degli scienziati concordano che una supernova di tipo Ia si verifica quando una stella nana bianca (un residuo collassato di una stella molto vecchia) supera il limite di peso, diventa instabile, ed esplode. Gli scienziati hanno identificato due principali possibilità di spingere la nana bianca oltre la sua massa: la fusione o l'accrescimento di due nane bianche, un processo in cui la nana bianca acquisisce il materiale da una stella compagna simile al Sole fino a quando non supera il limite di peso.

"I nostri risultati suggeriscono che le supernovae nelle galassie che abbiamo studiato, provengono quasi tutte dalla fusione di due nane bianche", ha detto Akos Bogdan sempre del Max Planck Institute. "Questo non è probabilmente ciò che molti astronomi si aspettano".

La differenza tra questi due scenari può avere implicazioni su come gli scienziati possono utilizzare queste supernovae come "candele standard" (oggetto di una luminosità nota) per monitorare vaste distanze cosmiche. Poiché le nane bianche possono variare in una serie di masse, la fusione di due, potrebbe provocare esplosioni che la fanno variare in brillantezza.

Poichè questi due scenari generano diverse quantità di emissione di raggi X, Gilfanov e Bogdan hanno utilizzato Chandra per osservare cinque vicine galassie ellittiche e la regione centrale della Galassia di Andromeda. Una supernova di tipo Ia causata da un accrescimento di materiale produce una emissione significativa di raggi X prima dell'esplosione. Una supernova da una fusione di due nane bianche, d'altro canto, avrebbe creato una emissione significativamente minore di raggi X rispetto allo scenario di accrescimento.

Gli scienziati hanno scoperto, osservando le emissioni a raggi X, un fattore dalle 30 alle 50 volte più piccolo di quello previsto dallo scenario di accrescimento e quindi le fusioni di nane bianche predominano in queste galassie.

Resta aperta la questione se tali fusioni di nana bianca siano il catalizzatore principale per le supernovae nelle galassie a spirale. Ulteriori studi saranno necessari per sapere se le supernovae nelle galassie a spirale sono causate da fusioni o da una miscela dei due processi. Un'altra conseguenza interessante di questo risultato è che una coppia di nane bianche è relativamente difficile da individuare, anche con i telescopi migliori.

Per molti astrofisici, lo scenario di fusione sembra essere meno probabile perché sono troppo pochi i sistemi di doppie nane bianche esistenti. In aggiunta ai raggi X osservati con Chandra, altri dati fondamentali per questi obbiettivi verranno dal telescopio spaziale Spitzer NASA e dal Two Micron All Sky Survey. La luminosità infrarossa delle galassie ha permesso al team di stimare il numero di supernovae che dovrebbero esistere.

Traduzione a cura di Arthur McPaul

English:

February 19, 2010

New findings from NASA's Chandra X-ray Observatory have provided a major advance in understanding a type of supernova critical for studying the dark energy that astronomers think pervades the universe. The results show that mergers of two dense stellar remnants are the likely cause of many of the supernovae that astronomers have used to measure the accelerated expansion of the universe.

These supernovae, called type Ia, serve as cosmic mile markers to measure expansion of the universe because they can be seen at large distances and they follow a reliable pattern of brightness. However, until now, scientists have been unsure what actually causes the explosions.

"These are such critical objects in understanding the universe," said Marat Gilfanov of the Max Planck Institute for Astrophysics in Germany. "It was a major embarrassment that we did not know how they worked. Now we are beginning to understand what lights the fuse of these explosions."

Most scientists agree that a type Ia supernova occurs when a white dwarf star — a collapsed remnant of an elderly star — exceeds its weight limit, becomes unstable, and explodes. Scientists have identified two main possibilities for pushing the white dwarf over the edge: two white dwarfs merging or accretion, a process in which the white dwarf pulls material from a Sun-like companion star until it exceeds its weight limit.

"Our results suggest the supernovae in the galaxies we studied almost all come from two white dwarfs merging," said Akos Bogdan, also of Max Planck. "This is probably not what many astronomers would expect."

The difference between these two scenarios may have implications for how scientists can use these supernovae as "standard candles" — objects of a known brightness — to track vast cosmic distances. Because white dwarfs can come in a range of masses, the merger of two could result in explosions that vary somewhat in brightness.

Because these two scenarios would generate different amounts of X-ray emission, Gilfanov and Bogdan used Chandra to observe five nearby elliptical galaxies and the central region of the Andromeda Galaxy. A type Ia supernova caused by accreting material produces significant X-ray emission prior to the explosion. A supernova from a merger of two white dwarfs, on the other hand, would create significantly less X-ray emission than the accretion scenario.

The scientists found the observed X-ray emission was a factor of 30 to 50 times smaller than expected from the accretion scenario, effectively ruling it out. This implies that white dwarf mergers dominate in these galaxies.

An open question remains whether these white dwarf mergers are the primary catalyst for type Ia supernovae in spiral galaxies. Further studies are required to know if supernovae in spiral galaxies are caused by mergers or a mixture of the two processes. Another intriguing consequence of this result is that a pair of white dwarfs is relatively hard to spot, even with the best telescopes.

"To many astrophysicists, the merger scenario seemed to be less likely because too few double-white-dwarf systems appeared to exist," said Gilfanov. "Now this path to supernovae will have to be investigated in more detail."

In addition to the X-rays observed with Chandra, other data critical for this result came from NASA's Spitzer Space Telescope and the ground-based, infrared Two Micron All Sky Survey. The infrared brightness of the galaxies allowed the team to estimate how many supernovae should occur.

Link: http://www.astronomy.com/asy/default.aspx?c=a&id=9442