Una stella gigante finge una supernova ogni 113 giorni perché un astro collassato la divora

Ogni centotredici giorni circa, una stella gigante in una vicina galassia a spirale si accende così intensamente da sembrare una supernova. Lo ha fatto almeno ventisette volte, ed è ancora lì. Le osservazioni in raggi X dell’osservatorio Chandra della NASA ora indicano cosa provoca queste esplosioni: un buco nero o una stella di neutroni su un’orbita allungata. Ogni volta che i due corpi si avvicinano, l’oggetto compatto inghiotte gas strappato alla gigante.

Questo rende la stella, catalogata come AT 2016blu, la prima della sua classe instabile a cui si sappia essere associato un residuo stellare collassato come compagna. Inoltre, collega due misteri che gli astronomi hanno per lo più studiato separatamente: le impostore di supernova, stelle che eruttano come supernove senza morire, e le sorgenti di raggi X più brillanti in altre galassie, i cui motori sono ancora dibattuti.

La stella è enorme. Le immagini di Hubble scattate mentre era in quiete la collocano ad almeno 33 masse solari e ad almeno mezzo milione di volte la luminosità del Sole. Si trova nella galassia NGC 4559, a circa 29 milioni di anni luce di distanza, e appartiene alla stessa famiglia instabile di Eta Carinae. Il suo ritmo costante aveva già detto al team che orbita attorno a qualcosa.

Al culmine di un’esplosione, brilla in luce rossa come circa dieci milioni di Soli: molto più debole di una vera supernova, ma abbastanza luminosa da finire nei cataloghi delle supernove. «All’inizio il comportamento di questa stella era sconcertante perché continuava a comportarsi come una supernova, ma chiaramente non lo è, dato che sopravvive a queste esplosioni circa tre volte l’anno», ha dichiarato la coautrice Núria Torres-Albà dell’Università della Virginia.

Come Chandra ha colto la stella durante un’esplosione

Due stelle massicce con venti in collisione emettono raggi X modesti. Il gas che cade su un buco nero o una stella di neutroni può brillare migliaia di volte di più. Per distinguerli, Chandra doveva osservare durante un’esplosione, il che significava sapere quando stava per arrivarne una.

Così il team ha osservato. I telescopi del Lick Observatory e della rete Las Cumbres Observatory hanno controllato la stella quasi ogni notte, e un allarme dell’American Association of Variable Star Observers ha mobilitato più di trenta osservatori, molti dei quali dilettanti. Quando la stella si è illuminata di oltre una magnitudine, il team ha attivato una richiesta urgente a Chandra. Il telescopio l’ha osservata cinque volte in quattro giorni, per circa 100.000 secondi in totale, e l’ha rilevata ogni volta.

«Sospettavamo che i brillanti lampi ripetuti in luce ottica potessero in realtà essere alimentati da esplosioni periodiche di raggi X ad alta energia», ha detto il coautore Nathan Smith dell’Università dell’Arizona. «Il denso gas che circonda il sistema viene riscaldato dai raggi X e poi brilla nell’ottico».

Solo Chandra poteva farlo. Una sorgente di raggi X molto più brillante, NGC 4559 X7, si trova a circa dieci secondi d’arco di distanza, e il telescopio XMM-Newton dell’ESA confonde le due in un unico punto. Chandra aveva anche ripreso il campo per caso più di due decenni fa, mentre AT 2016blu era calma, e non aveva visto nulla nella sua posizione. La nuova rilevazione è almeno 100 volte più luminosa di quel limite. Le probabilità che un quasar di fondo si trovi per caso all’interno del minuscolo cerchio di ricerca sono circa sei su 100.000.

Perché solo un buco nero o una stella di neutroni è compatibile

L’articolo valuta quattro modi in cui una stella come questa può produrre raggi X. Gli shock all’interno del vento di una singola stella raggiungono al massimo un’intensità più di dieci milioni di volte inferiore a quella misurata da Chandra. I venti in collisione di due stelle massicce sono insufficienti di un fattore di circa 10.000. Gusci di gas espulsi in orbite successive potrebbero scontrarsi tra loro, ma alle velocità osservate nella luce della stella ciò produrrebbe raggi X molli e a bassa energia, mentre Chandra ha registrato uno spettro duro e ad alta energia.

Resta l’accrescimento, la caduta di materia su un oggetto compatto. L’emissione in raggi X equivale al limite teorico, detto limite di Eddington, per un oggetto di circa 3,5 masse solari, che è già al di sopra del limite per una stella di neutroni. Si colloca appena al di sotto della soglia per una sorgente ultraluminosa di raggi X, una classe di emettitori estremi trovati in altre galassie, e Chandra potrebbe semplicemente aver mancato il vero picco. Il team definisce AT 2016blu un membro candidato.

Le esplosioni visibili trasportano circa cento volte più energia dei raggi X. Se entrambe provengono dallo stesso pasto, circa il 99% dell’energia viene assorbita dal gas circostante e riemessa come luce visibile, come descrive Smith.

Il confronto con Eta Carinae e altre impostore

Al suo massimo in raggi X, Eta Carinae, i cui raggi X provengono da venti in collisione, raggiunge circa un duemillesimo di ciò che produce AT 2016blu. La maggior parte delle variabili blu luminose nella nostra galassia non mostra alcun raggio X.

La corrispondenza più vicina è SN 2010da, un’impostora brillante in raggi X nella galassia NGC 300 i cui impulsi regolari hanno rivelato una stella di neutroni. La sua stella grande, però, è una supergigante rossa, non una variabile blu luminosa.

Questo è importante a causa di SN 2009ip, una variabile blu luminosa che ha eruttato per anni e poi sembra essere esplosa davvero, cosa che i modelli a stella singola non prevedono. Un numero crescente di modelli attribuisce tali esplosioni pre-morte a una compagna compatta, e AT 2016blu è la prima variabile blu luminosa osservata che si adatta a questo schema.

Cosa i raggi X non possono ancora dire

La più grande domanda aperta è cosa sia la compagna. Le stelle di neutroni possono essere identificate da impulsi regolari in raggi X, ma Chandra ha raccolto troppi pochi fotoni X per cercarli, e la vista di XMM-Newton è sommersa da X7. Pesare la compagna richiederebbe una soluzione orbitale, e le velocità misurate nella luce dell’idrogeno della stella non tracciano l’orbita, quindi non si ricava alcuna massa.

Il tasso di accrescimento propende per un buco nero senza provarlo. Tenendo conto delle esplosioni visibili, la compagna potrebbe inghiottire gas a un ritmo più di cento volte superiore a quello che una tipica stella di neutroni dovrebbe sopportare. Alcune stelle di neutroni sono state osservate superare quel limite di circa mille volte, quindi gli autori si astengono da un verdetto.

Lo spettro della stella mostra anche caratteristiche che appaiono e scompaiono senza allinearsi con l’orbita, il che potrebbe significare che siano coinvolti un getto, un disco o gas grumoso.

Poi c’è la domanda sul perché le eruzioni siano iniziate, dopo anni di stella stabile. Il team propende per una gigante che si è lentamente ingrossata con l’età fino a iniziare a raggiungere la sua compagna. L’alternativa è una fase temporanea di rigonfiamento nota in queste stelle, nel qual caso le esplosioni dovrebbero eventualmente cessare. Finora non è successo.

Domande frequenti sulle impostore di supernova

Cos’è un’impostora di supernova?

È una stella massiccia che si illumina abbastanza da essere scambiata per una supernova ma sopravvive, spesso una variabile blu luminosa come Eta Carinae. Le vere supernove distruggono la stella e sono di solito molto più luminose. Le impostore vengono spesso registrate dai cataloghi di supernove e riclassificate una volta che la stella ricompare.

Come possono i raggi X rivelare un buco nero o una stella di neutroni?

Il gas che cade su un oggetto molto compatto si riscalda a milioni di gradi e brilla in raggi X duri a livelli di potenza che le stelle ordinarie non possono raggiungere. AT 2016blu brilla a circa 100.000 volte l’emissione totale del Sole nei soli raggi X, ben oltre ciò che i venti stellari in collisione possono produrre. Distinguere un buco nero da una stella di neutroni richiede prove aggiuntive, come impulsi o una massa misurata.

AT 2016blu esploderà come una vera supernova?

Nessuno lo sa. La stella è abbastanza massiccia da terminare come supernova alla fine, e l’impostora SN 2009ip mostra che una stella con una storia simile può arrivare a esplodere. Niente nei nuovi dati dice quando.

Il prossimo passaggio ravvicinato

Chandra ha osservato la stella dal 24 al 27 marzo 2026, dopo sguardi d’archivio nel 2001 e 2002 e una prima eruzione registrata nel 2012. I risultati sono stati pubblicati il 9 novembre su The Astrophysical Journal. «Per 15 anni, gli astronomi hanno osservato questa stella diventare molto luminosa e poi affievolirsi regolarmente», ha detto l’autore principale Mojgan Aghakhanloo dell’Università della Virginia. «Finché non siamo riusciti a ottenere dati da Chandra al momento giusto, non potevamo capire cosa stesse causando tutto questo».

Gli autori sostengono che trovare altri sistemi come questo sia essenziale per capire come si collegano impostore, variabili blu luminose e vere supernove. AT 2016blu rispetta il suo programma, quindi ogni passaggio ravvicinato è un’altra occasione. Ciò che chiuderebbe il caso sono gli impulsi in raggi X, che solo una stella di neutroni può produrre, o un’orbita che finalmente pesi la compagna.

Riferimento: Aghakhanloo et al., “AT 2016blu: Accretion-powered Outbursts in a Luminous Blue Variable and Compact Object Binary,” The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9a86

Tag: astronomia, Supernova, AT 2016blu, buco nero, Chandra X-ray Observatory, NGC 4559