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Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

Eta Carinae 04 / Il "figlio" dell'Homunculus

19 Apr 2014 11:52 PM – Michele Diodati

Passando dall’esterno all’interno della Nebulosa Homunculus, uno studio pubblicato nel 2003 su The Astronomical Journal a firma di molti autori annunciava alla comunità scientifica la scoperta di un “omuncolo” più piccolo, opportunamente battezzato “Little Homunculus”, annidato in quello più grande.

La scoperta nasceva dall’attento confronto di una serie di osservazioni di Eta Carinae fatte tra il 1998 e il 2000 con lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), lo spettrografo a bordo del telescopio spaziale Hubble. L’analisi delle righe spettrali isolate permetteva di delineare i contorni di una nebulosa a emissione, bipolare come quella esterna, centrata come l’altra sulla posizione della stella:

Come il familiare Homunculus, la nebulosa bipolare incorporata appare “approssimativamente” cava, cioè esiste del materiale a bassa densità al suo interno, ma la superficie dell’involucro è ben definita (…). Le sue calotte polari si stanno espandendo verso l’esterno a circa 300 km/s, più o meno la metà della velocità dei lobi dell’Homunculus grande. Designiamo questa struttura interna quasi vuota come il Piccolo Homunculus (Little Homunculus).

L’analogia con le famose bambole russe era troppo evidente per non essere notata, sicché – come nome alternativo della nebulosa – fu proposto anche Matryoshka, sebbene nella letteratura scientifica abbia finito poi per prevalere l’uso di Little Homunculus.

Modello schematico dei due Homunculus. Quello piccolo ("Little Homunculus") è colorato in blu. <span class="di">Cortesia: Kazunori Ishibashi et al. 2003 The Astronomical Journal 125 3222</span>

Modello schematico dei due Homunculus. Quello piccolo ("Little Homunculus") è colorato in blu. <span class="di">Cortesia: Kazunori Ishibashi et al. 2003 The Astronomical Journal 125 3222</span>

Va precisato che l’omuncolo minore può dirsi “piccolo” solo in relazione alla scala di dimensioni propria del sistema di Eta Carinae, dove tutto è semplicemente immenso. I due lobi della nebulosa si estendono ciascuno per circa 2 secondi d’arco rispetto alla posizione della stella, il che, supponendo con gli autori dello studio una distanza dalla Terra di 2.250 parsec (circa 7.340 anni luce), fa 2.250 unità astronomiche per secondo d’arco, cioè 9.000 AU da un polo all’altro: 1.350 miliardi di chilometri, come dire circa 300 volte la distanza media di Nettuno dal Sole.

In uno studio solitario pubblicato nel 2005 su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Nathan Smith aggiunse poi altri particolari sulle dimensioni di Little Homunculus, ricavati dalle osservazioni di Eta Carinae fatte a maggio 2004 con lo spettrografo Phoenix dell’Osservatorio Gemini Sud: le calotte polari possono essere approssimate a due dischi di 1,6 arcosecondi di raggio (590 miliardi di chilometri) e 0,4 arcosecondi di spessore (140 miliardi di chilometri). Considerando una forma a imbuto per ciascuno dei due lobi e uno spessore delle pareti laterali simile a quello dei dischi polari, si ottiene un volume complessivo del piccolo omuncolo di circa 6 x 1050 centimetri cubi. Da questa misura, ponendo una densità di circa 104,2 elettroni per centimetro cubo, suggerita dall’analisi spettroscopica nel vicino infrarosso, si ricava la massa totale di Little Homunculus, che Smith calcola in circa 0,1 masse solari.

La struttura della doppia nebulosa intorno a Eta Carinae. I toni di grigio evidenziano i gradienti di densità della materia: i due omunculi sono separati da uno strato relativamente più denso. <span class="di">Cortesia: R. F. González et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 402, 1141–1148 (2010)</span>

La struttura della doppia nebulosa intorno a Eta Carinae. I toni di grigio evidenziano i gradienti di densità della materia: i due omunculi sono separati da uno strato relativamente più denso. <span class="di">Cortesia: R. F. González et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 402, 1141–1148 (2010)</span>

Il calcolo della massa distribuita nell’omuncolo interno consente anche di ricavare l’energia cinetica dell’evento che lo ha prodotto: 1046,9 erg, secondo la stima riportata da Smith nello studio del 2005. Si tratta di un’immensa quantità di energia, ma comunque molto inferiore (circa 80 volte) all’energia cinetica rilasciata nel corso della Grande Eruzione.

Per quanto riguarda la datazione di Little Homunculus, secondo gli autori dello studio del 2003 la formazione della nebulosa interna risalirebbe a circa un secolo prima, tanto da poter coincidere – considerati i margini di errore – con l’eruzione minore di Eta Carinae, avvenuta alla fine del 19° Secolo:

Un’analisi preliminare suggerisce che questa nebulosa incorporata può aver avuto origine da un evento eruttivo minore, circa nel 1890, cinquant’anni dopo la formazione dell’Homunculus maggiore.

Nathan Smith, nell'articolo del 2005, rivisita però i calcoli, trovando una data di espulsione compresa tra il 1910 e il 1930. Questa datazione, che sembrerebbe escludere la possibilità che la seconda nebulosa si sia formata con l’evento del 1890, fu ricavata assumendo una velocità di espansione costante nel tempo. Tuttavia – argomenta Smith – esiste la possibilità di riconciliare la nuova datazione con l’eruzione minore osservata alla fine dell’Ottocento. Little Homunculus, spiega l’autore, potrebbe essersi formato effettivamente in seguito alla piccola eruzione del 1890, subendo in seguito un’espansione accelerata, sospinto dal potente vento stellare emesso da Eta Carinae. Ciò spiegherebbe come mai la retrodatazione della nebulosa, basata sulla velocità attuale, riporta a un’epoca di alcuni decenni successiva all’eruzione:

L’espansione di LH [Little Homunculus] non è perfettamente omologa: mentre le latitudini basse sono coerenti con un’espansione lineare che parte dal 1910, le calotte polari implicano date di espulsione intorno al 1920-30. Tuttavia, la velocità di espansione di LH è molto minore di quella del vento post-eruzione, così il potente vento della stella può accelerare LH. Con una velocità di espulsione iniziale di 200 km/s nel 1890, LH avrebbe potuto essere accelerato fino alla sua velocità attuale, se la massa fosse grosso modo 0,1 masse solari. Ciò concorda con una stima indipendente della massa basata sulla densità e sul volume.

I contorni dell'omuncolo interno sono visibili soprattutto nelle immagini che tracciano le righe proibite del ferro ionizzato [Fe II]. In quest'immagine ottenuta nell'infrarosso con il telescopio Gemini Sud, usando le ottiche adattive per ridurre i disturbi atmosferici e un coronografo per smorzare la luminosità accecante di Eta Carinae, Little Homunculus è visibile, per lo più nel lobo inferiore, come una diffusa colorazione blu-violacea, attribuita al filtro adoperato per registrare le emissioni di [Fe II]. <span class="di">Cortesia: J.C. Martin et. al., Gemini Observatory/AURA</span>

I contorni dell'omuncolo interno sono visibili soprattutto nelle immagini che tracciano le righe proibite del ferro ionizzato [Fe II]. In quest'immagine ottenuta nell'infrarosso con il telescopio Gemini Sud, usando le ottiche adattive per ridurre i disturbi atmosferici e un coronografo per smorzare la luminosità accecante di Eta Carinae, Little Homunculus è visibile, per lo più nel lobo inferiore, come una diffusa colorazione blu-violacea, attribuita al filtro adoperato per registrare le emissioni di [Fe II]. <span class="di">Cortesia: J.C. Martin et. al., Gemini Observatory/AURA</span>

Tag: articoli, Eta Carinae

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