Il James Webb Area Telescope (JWST) ha recentemente osservato con dettagli sbalorditivi una stella Wolf-Rayet, il preludio di una vasta esplosione cosmica di supernova che segna l’agonia di una stella massiccia. Questa breve fase della morte imminente di una stella gigantesca, velata da un caratteristico velo di fuel, period uno spettacolo raro per l’umanità.
La stella condannata Wolf-Rayet (nella foto sopra), designata WR 124 e situata a 15.000 anni luce di distanza nella costellazione della Sagitta, ha una massa equivalente a 30 soli, anche dopo aver sparso materiale pari a ten soli sotto forma di fuel e polvere che ora lo circonda. WR 124 è stato avvistato nell’infrarosso dal potente telescopio spaziale.
Una stella Wolf-Rayet non rappresenta solo la conclusione di una vita stellare massiccia, ma esemplifica perfettamente anche il ciclo infinito di vita e morte stellare che ha modellato lo sviluppo delle galassie nel corso di miliardi di anni. Questo perché l’esplosione di una supernova che segue una stella Wolf-Rayet arricchisce il cosmo di materiale forgiato dalla fornace nucleare nel cuore della stella durante la sua vita.
Questo materiale diventa i mattoni della prossima generazione di stelle, pianeti e, nel caso del nostro sistema planetario, anche i nostri corpi. Pertanto, le stelle di Wolf-Rayet sono bersagli affascinanti per gli astronomi che vogliono studiare l’evoluzione dell’universo nel suo insieme.
Cosa sono le stelle di Wolf-Rayet?
Secondo lo Swinburne Heart for Astrophysics and Supercomputing, una stella Wolf-Rayet è una stella massiccia che si trova in una fase avanzata della sua evoluzione ed è in procinto di perdere enormi quantità di massa a un ritmo incredibilmente alto. Questa classe di stelle prende il nome dagli astronomi francesi Charles-Joseph-tienne Wolf e Georges-Antoine-Pons Rayet che per primi le classificarono nel 1867.
La dimensione tipica di una stella Wolf-Rayet è oltre 20 volte la massa del sole e hanno temperature che vanno da 45.000 gradi Fahrenheit a 90.000 gradi Fahrenheit (o da 25.000 a 50.000 gradi Celsius). Questo è molto più caldo del nostro sole, che ha una temperatura media di circa 10.000 gradi Fahrenheit (5.500 gradi Celsius). La luminosità delle stelle di Wolf-Rayet è maggiore di quella del sole fino a un milione di volte.
Cos’è la luminosità?
Secondo l’Australia Telescope Nationwide Facility, la luminosità è una misura della quantità totale di energia irradiata da una stella o da un altro oggetto celeste al secondo. Questa è quindi la potenza di una stella. La luminosità è diversa dalla luminosità, che in astronomia viene definita luminosità apparente. La luminosità apparente è la luminosità di una stella per un osservatore, che è determinata sia dalla luminosità che dalla distanza della stella dall’osservatore.
Per mantenere queste incredibili temperature e luminosità, le stelle Wolf-Rayet devono bruciare il combustibile per la fusione nucleare in modo incredibilmente rapido, accelerando così la loro distruzione distruttiva. Quando il loro combustibile per la fusione nucleare si esaurisce, si arresta anche la pressione verso l’esterno che sostiene le stelle massicce contro la forza di gravità verso l’interno. Ciò provoca un collasso gravitazionale completo che darà vita a un buco nero o a una stella di neutroni, innescando anche un’esplosione di supernova che spazza by way of ciò che resta degli strati esterni di una stella Wolf-Rayet.
Eppure, anche prima di diventare supernova, le stelle di Wolf-Rayet stanno perdendo questo materiale esterno. Viene spazzato by way of a una velocità di 10 masse solari ogni milione di anni da potenti venti solari che possono viaggiare a velocità fino a 7 milioni di miglia all’ora. Per mettere questo nel contesto, l’equivalente di tre terre di materiale ogni anno viene lanciato dalle stelle Wolf-Rayet a una velocità che è circa 3.500 volte più veloce di un proiettile sparato da un fucile.
A causa della loro elevata velocità di combustione del carburante e della loro rapida dispersione di materiale esterno, le stelle di Wolf-Rayet hanno una vita incredibilmente breve, con stelle massicce che durano circa un milione di anni o anche solo pochi 100.000 anni.
Tipi di stelle Wolf-Rayet
Si ritiene che le stelle Wolf-Rayet inizino la vita come stelle di tipo O con almeno 25 volte la massa del sole. Queste stelle bianco-blu calde e di grande massa sono spesso viste in siti di intensa formazione stellare, probabilmente perché come stelle massicce non vivono così a lungo, il che significa che i loro fratelli stellari stanno ancora nascendo intorno a loro. Le stelle di tipo O si trovano comunemente nei bracci a spirale delle galassie e sono responsabili della colorazione bianco-blu di queste caratteristiche galattiche.
Le stesse stelle Wolf-Rayet si distinguono dalle altre stelle per i loro spettri unici, i modelli di luce che emettono che rivelano i composti chimici di cui sono composte. Gli spettri delle stelle Wolf-Rayet mostrano caratteristiche create da azoto e carbonio ionizzati e altri elementi pesanti sulla loro superficie con assenza di idrogeno. Questi elementi di solito si trovano al di sotto degli strati esterni di idrogeno, quindi gli spettri di queste stelle rivelano la loro natura spoglia.
Le stelle di Wolf-Rayet sono disponibili in tre classi distinte, secondo l’Università di Harvard, che si basano sui loro spettri: WN, WC e WO. Gli spettri delle stelle WN rivelano la presenza di azoto dominante con un po’ di carbonio, mentre le stelle WC sono dominate dal carbonio e non mostrano segni di azoto. WO è una rara classe di stelle Wolf-Rayet che emettono luce mostrando l’impronta digitale di quantità approssimativamente uguali di carbonio e ossigeno.
Come vediamo le stelle di Wolf-Rayet?
La breve vita delle stelle Wolf-Rayet contribuisce a quanto siano difficili da individuare e gli astronomi devono essere estremamente fortunati per avvistarne una. Finora abbiamo avvistato poco più di 500 di queste stelle condannate nella Through Lattea, nonostante ci sia una popolazione stimata tra 1.000 e 2.000 nella nostra galassia.
L’elevata luminosità delle stelle di Wolf-Rayet non ci aiuta a individuarle perché emettono la maggior parte di questa luce in luce ultravioletta (UV) e in realtà non sono molto luminose alle lunghezze d’onda visibili della luce. Ci sono solo due stelle Wolf-Rayet che possono essere viste advert occhio nudo sopra la Terra.
La prima è la stella Wolf-Rayet più vicina al nostro sistema solare, Gamma 2 Velorum, che si trova a circa 1.000 anni luce di distanza nella costellazione meridionale della Vela. Questa è una delle stelle più luminose del cielo ed è composta da almeno quattro singole stelle, una delle quali è una stella Wolf-Rayet in un sistema binario con una stella supergigante blu.
IL Sistema stellare Gamma Velorum.
L’altra stella Wolf-Rayet visibile advert occhio nudo dalla Terra è Theta Muscae, un sistema a tre stelle situato a circa 7.400 anni luce di distanza nella costellazione meridionale Musca (la Mosca). Il sistema contiene una stella Wolf-Rayet e due massicce compagne stellari.
Tuttavia, non sono solo le brevi vite delle stelle di Wolf-Rayet e il loro predominio nell’UV a rendere queste stelle difficili da individuare. Anche il materiale che soffiano by way of li circonda, formando un velo di fuel e polvere spaziale che li nasconde alla vista. Questa polvere di per sé rende importanti e affascinanti indagini scientifiche.
Stella Wolf-Rayet WR 134.
Il ruolo della polvere cosmica
L’idrogeno è l’elemento più comune nelle stelle di Wolf-Rayet, ma in isolamento l’idrogeno, l’elemento più leggero dell’universo, non può formare polvere, secondo il Jet Propulsion Laboratory della NASA. Le stelle Wolf-Rayet hanno bruciato la maggior parte del loro idrogeno, creando elio e poi bruciando questo elio per creare elementi pesanti come il carbonio.
Mentre gli strati esterni in cui risiede l’idrogeno vengono spazzati by way of da potenti venti stellari, questi materiali più profondi e pesanti vengono esposti e possono quindi essere dispersi come polvere spaziale, che poi circonda queste stelle massicce. In particolare, questa polvere cosmica è ricca di carbonio e materiale a base di carbonio. Ma non è solo la composizione della polvere di Wolf-Rayet advert essere interessante, queste nuvole di polvere possono essere modellate dalle stelle che vi si trovano in alcune forme affascinanti.
Advert esempio, nell’ottobre 2022 il JWST ha osservato una stella Wolf-Rayet in un sistema binario situato a circa 5.000 anni luce dalla Terra circondata da polvere che aveva assunto caratteristiche spettacolari e sorprendenti. Mentre la stella Wolf-Rayet nel suo cuore rilasciava grandi quantità di polvere, sia essa che la sua compagna stellare orbitavano attraverso la polvere, ritagliandosi percorsi. Un anello completo viene creato in questa polvere all’incirca una volta ogni 8 anni terrestri. Man mano che la polvere si diffondeva, si creava un incredibile motivo a spirale.
Scattata dal James Webb Area Telescope, questa immagine mostra una stella Wolf-Rayet circondata da anelli di polvere nel sistema chiamato Wolf-Rayet 140.
Puntando le loro indagini sui gusci di questo polveroso occhio di bue, gli scienziati possono determinare in che modo la vicinanza delle stelle l’una all’altra influisce sulla quantità di polvere emessa dalla stella Wolf-Rayet.
Anche la polvere attorno alle stelle di Wolf-Rayet in generale è lacerata da nodi creati da intensi periodi di deflusso di materia; questo racconta la storia delle espulsioni esplosive storiche ed è fondamentale per comprendere l’evoluzione stellare.
Naturalmente, questa polvere alla superb sarà unita da altro materiale proveniente dagli strati esterni della stella dopo che erutterà come supernova e formerà una stella di neutroni o un buco nero. Questo materiale andrà a formare grandi nuvole e le regioni dense e fredde all’interno di queste nuvole collasseranno per dare vita a nuove stelle. Queste stelle si arricchiranno di elementi più pesanti rispetto alle stelle precedenti, grazie alla morte esplosiva delle stelle di Wolf-Rayet, il che significa che lo studio della composizione di questa polvere mostra come le stelle si sono evolute di generazione in generazione.
Un primo piano dell’ammasso stellare R136, contenente la stella Wolf-Rayet R136a1, nella Nebulosa Tarantola.
Qual è la stella Wolf-Rayet più grande e luminosa?
Uno degli esempi più eclatanti di stella Wolf-Rayet che gli astronomi hanno scoperto finora è anche una delle stelle più massicce e luminose mai avvistate.
RMC 136a1, o R136a1, si trova a circa 163.000 anni luce dalla Terra in una regione della galassia satellite tv for pc della Through Lattea, la Grande Nube di Magellano, chiamata Nebulosa Tarantola. R136a1 ha circa 315 volte la massa del sole con una temperatura di circa 95.000 gradi Fahrenheit (53.000 gradi Celsius). Il diametro delle stelle è così grande circa 30 milioni di miglia che secondo Nove pianetipotrebbe contenere oltre 4 miliardi di soli al suo interno.
Ciò che rende R136a1 davvero sorprendente, tuttavia, è il fatto che è incredibilmente 9 milioni di volte più luminoso della nostra stella, irradiando più energia in soli 5 secondi rispetto a quanto fa il sole in un intero anno terrestre. Se questa stella Wolf-Rayet sostituisse il sole nel nostro sistema solare, la Terra verrebbe distrutta entro un giorno a causa della sua produzione di energia, e il resto dei pianeti durerebbe solo circa una settimana in più.
La Nebulosa Tarantola.
Si stima che R136a1, scoperto nel 1960, abbia circa 1 milione di anni. È incredibilmente giovane per una star e rispetto al nostro 4.6 miliardisole di 20 anni. Si stima che R136a1 abbia già perso fino al 15 percento della sua massa totale, ovvero circa 50 masse solari. Non passerà molto tempo (almeno in termini cosmici) prima che R136a1 diventi una supernova, lasciando un buco nero al suo posto.
Anche prima della sua superb esplosiva, rimane da vedere per quanto tempo R136a1 mantenga la sua distinzione come una delle stelle più massicce e luminose che conosciamo. Come dimostra l’osservazione JWST di WR 124, ci sono molte di questa classe di stelle condannate ancora da osservare in dettaglio.
Man mano che gli astronomi continuano a studiare le stelle di Wolf-Rayet, le loro osservazioni riveleranno anche di più su come le prime stelle hanno diffuso i mattoni per la prossima generazione di stelle in tutto il cosmo, permettendo loro di ricostruire la storia della vita e della morte stellare che definisce il universo.
Robert Lea è un giornalista scientifico freelance che si occupa di spazio, astronomia e fisica. Gli articoli di Robs sono stati pubblicati in Newssettimana, Spazio, Scienza dal vivo, Astronomia rivista e Nuovo scienziato. Vive nel nord-ovest dell’Inghilterra con troppi gatti e fumetti.
