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Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

Eta Carinae 05 / Un toro equatoriale sconvolto e fatto a pezzi

30 Apr 2014 03:54 PM – Michele Diodati

Più ci si avvicina al cuore dell'Homunculus, più la struttura di polveri e gas che circonda la stella centrale si fa complicata e difficile da comprendere nelle sue relazioni spaziali e dinamiche. A partire dagli anni '70 del secolo scorso, molte ricerche sono state dedicate a scrutare nel vicino e nel medio infrarosso la regione dell'Homunculus intorno a Eta Carinae, con telescopi e spettrografi sempre più potenti, nella speranza di carpire i segreti di quella caotica configurazione di grumi, vuoti, luci, ombre e filamenti.

In una lettera pubblicata su Nature nel 1999, P. W. Morris e altri dodici autori sostennero di aver trovato evidenza dell'esistenza di un toro (una struttura a forma di ciambella) estremamente massiccio, costituito da materia emessa dalla stella:

Riportiamo osservazioni nell'infrarosso (spettroscopia e immagini) che rivelano la presenza di circa 15 masse solari di materiale, dislocate in un toro equatoriale. Il massiccio toro può essere stato creato attraverso un trasferimento di massa altamente non conservativo, che ha rimosso l'intero involucro di una delle stelle , lasciando un nucleo instabile che eruttò nel diciannovesimo secolo. La collisione del materiale eruttato con il toro preesistente fornisce una spiegazione naturale per la forma bipolare della nebulosa.

Morris e colleghi (che nel testo citato fanno riferimento all'ipotesi che Eta Carinae sia in realtà un sistema binario, cosa di cui parleremo ampiamente nei capitoli successivi) attribuiscono al toro un ruolo essenziale nella formazione della nebulosa bipolare creata nel corso della Grande Eruzione. I materiali eruttati da Eta Carinae, infrangendosi intorno a una preesistente, massiccia ciambella di gas situata alla latitudine dell'equatore della stella, sarebbero stati deviati inevitabilmente verso i poli, dando all'Homunculus la forma che oggi i telescopi mostrano.

Ma Kris Davidson e Nathan Smith replicarono l'anno successivo, sempre su Nature, sostenendo che la congettura di Morris & soci non stava in piedi. La loro critica confermava comunque la presenza di un toro:

Dimostriamo qui che la piccola dimensione del toro (del diametro di 5 arcosecondi) è insufficiente a produrre il flusso infrarosso osservato, che ispirò la congettura. Le polveri che danno origine all'emissione a 17 µm devono essere distribuite su un'area almeno dieci volte maggiore della dimensione del toro. Una tale struttura estesa di gas, tuttavia, sarebbe probabilmente incapace di generare la cintura schiacciata [dell'Homunculus].

La dimensione del toro può essere definita piccola, ovviamente, solo con quel gusto dell'understatement che è tipico del linguaggio scientifico: cinque arcosecondi alla distanza di Eta Carinae equivalgono a circa 11.000 unità astronomiche, cioè più di due mesi luce.

La disputa su cosa si celi nella parte centrale dell'Homunculus continuò con un articolo pubblicato nel 2001 su Astronomy and Astrophysics a firma di Sacha Hony dell'Università di Amsterdan e altri dieci. Questo gruppo di ricercatori presentò immagini nel medio infrarosso della nebulosa intorno a Eta Carinae, acquisite tra il 3 e il 6 marzo 2001 con il telescopio da 3,6 metri dell'ESO a La Silla, in Cile. Le immagini a 7,9, 11,9, 12,9 e 20 µm mostravano una struttura a doppio anello, più complessa di un toro equatoriale, non centrata sulla stella e ruotata di parecchi gradi rispetto all'asse polare dell'Homunculus. Il mistero si infittiva...

Immagine della nebulosa Homunculus filtrata a 11,9 µm. È visibile al centro la configurazione interpretata da Hony e altri come un doppio anello di polveri. Il segno '+' indica la posizione di Eta Carinae. <span class="di">Cortesia: S. Hony et al., A&A 377, L1-L4 (2001) </span>

Immagine della nebulosa Homunculus filtrata a 11,9 µm. È visibile al centro la configurazione interpretata da Hony e altri come un doppio anello di polveri. Il segno '+' indica la posizione di Eta Carinae. <span class="di">Cortesia: S. Hony et al., A&A 377, L1-L4 (2001) </span>

Osservazioni a varie lunghezze d'onda della struttura a doppio anello. Il segno '+' indica la posizione di Eta Carinae. <span class="di">Cortesia: S. Hony et al., A&A 377, L1-L4 (2001) </span>

Osservazioni a varie lunghezze d'onda della struttura a doppio anello. Il segno '+' indica la posizione di Eta Carinae. <span class="di">Cortesia: S. Hony et al., A&A 377, L1-L4 (2001) </span>

Hony e colleghi interpretarono la particolare angolazione della struttura a doppio anello, inclinata di 37 o 58 gradi rispetto all'asse maggiore dell'Homunculus, come il segno di un significativo cambiamento di asse della stella avvenuto dopo la Grande Eruzione. Essi videro inoltre una possibile rassomiglianza tra la struttura a doppio anello osservata al centro dell'Homunculus e gli anelli simmetrici creati in direzioni opposte dalla famosa supernova SN 1987A, presenti anche nelle nebulose planetarie He 2-113 e Hb 12. Ne conclusero che la formazione di anelli di materia potrebbe essere collegata a un meccanismo fisico abbastanza comune, che agisce indistintamente su oggetti di massa piccola o grande.

Immagine della supernova SN 1987A, acquisita dal telescopio spaziale Hubble a febbraio 1994. È ben visibile la struttura a doppio anello, citata da Hony e colleghi per l'asserita somiglianza con il doppio anello da loro osservato nella nebulosa di Eta Carinae. <span class="di">Cortesia: Christopher Burrows, ESA/STScI e NASA </span>

Immagine della supernova SN 1987A, acquisita dal telescopio spaziale Hubble a febbraio 1994. È ben visibile la struttura a doppio anello, citata da Hony e colleghi per l'asserita somiglianza con il doppio anello da loro osservato nella nebulosa di Eta Carinae. <span class="di">Cortesia: Christopher Burrows, ESA/STScI e NASA </span>

Un nuovo capitolo dell'insolita caccia al tesoro comparve nel 2002, sotto forma di un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, firmato da Nathan Smith e altri sei. Come era facile attendersi, queste nuove osservazioni del nucleo centrale dell'Homunculus cambiavano ancora una volta l'interpretazione della struttura centrale intorno a Eta Carinae.

Si trattava di immagini nell'infrarosso, nella gamma da 4,8 a 24,5 µm, ottenute l'8 agosto 2001 con il telescopio Baade da 6,5 metri dell'Osservatorio Magellano a Cerro Manqui, in Cile. La superiore risoluzione spaziale di queste immagini permetteva di scorgere nuovi dettagli e di rilevare le incongruenze nel modello del doppio anello:

Hony e altri (2001) immaginarono una coppia di anelli sovrapposti con un asse di simmetria molto differente da quello dell'Homunculus, come spiegazione fisica delle caratteristiche che assomigliavano ad anelli o circoli nelle loro immagini a 8-20 µm. La nostra immagine a 24,5 µm, che ha una risoluzione spaziale leggermente migliore rispetto alle loro immagini, mostra una struttura simil-circolare che rassomiglia al più brillante dei due anelli descritti da Hony ed altri. Tuttavia, le nostre immagini a lunghezze d'onda minori dimostrano che, con una risoluzione spaziale più elevata, l'illusorio circolo si spezza in una serie di nodi compatti e archi incompleti. (...). Inoltre, i recenti risultati della spettroscopia ottica di Eta Carinae con HST contraddicono la pretesa di Hony e altri che l'asse orbitale del sistema centrale abbia subito una precessione rispetto alla Grande Eruzione del 1843: la cinematica del gas ionizzato all'interno dell'Homunculus indica che alcuni materiali espulsi intorno al 1890 hanno lo stesso asse bipolare dell'Homunculus (...), e gli spettri riflessi della stella centrale mostrano che il suo asse polare corrente è ancora allineato con l'Homunculus. Dal momento che la putativa struttura smussata a doppio anello può essere un artefatto dell'insufficiente risoluzione spaziale, il suggerimento che le interazioni mareali dopo la Grande Eruzione cambiarono l'asse polare dell'ipotetico sistema binario rimane non sostanziata.

Le immagini in falsi colori dell'Homunculus acquisite con lo strumento MIRAC3 del telescopio Magellano. In ciascun riquadro la gamma dell'intensità luminosa corrisponde alla radice quadrata di quella osservata, allo scopo di ridurre l'ampiezza delle variazioni. La crocetta indica la posizione della stella centrale. <span class="di">Cortesia: Nathan Smith et al. 2002 ApJ 567 L77</span>

Le immagini in falsi colori dell'Homunculus acquisite con lo strumento MIRAC3 del telescopio Magellano. In ciascun riquadro la gamma dell'intensità luminosa corrisponde alla radice quadrata di quella osservata, allo scopo di ridurre l'ampiezza delle variazioni. La crocetta indica la posizione della stella centrale. <span class="di">Cortesia: Nathan Smith et al. 2002 ApJ 567 L77</span>

Ma cosa videro allora Smith e colleghi al centro dell'Homunculus, in luogo della struttura a doppio anello? Un toro sicuramente, ma sconvolto e fatto a pezzi dalla violenza del fenomeno che causò la Grande Eruzione di Eta Carinae:

Un'altra possibile interpretazione delle brillanti strutture infrarosse nel nucleo dell'Homunculus evoca una distribuzione toroidale di polveri (a circa 3000 unità astronomiche dalla stella), benché il toro deve aver sofferto un notevole sconvolgimento. Supponiamo che un toro o un disco esistevano fin dall'inizio intorno alla stella e che il vento stellare o gli ejecta penetrarono poi all'interno di questo materiale, come spesso si richiede nelle simulazioni idrodinamiche di nebulose bipolari (...). I densi nodi in quel toro non sarebbero stati accelerati tanto velocemente quanto il materiale tra di loro, il che spiegherebbe la formazione dei densi nodi sporgenti e degli archi più estesi visibili nelle nostre immagini (si noti che i nodi sono tutti più vicini alla stella degli archi adiacenti). (...) Alternativamente, è possibile immaginare eiezioni di massa più complicate, con direzioni preferenziali che smembrarono il toro. (...) La nostra analisi delle nuove immagini infrarosse presentate qui suggerisce che le brillanti strutture nel nucleo della nebulosa siano davvero parte di un toro o di un disco circumstellare equatoriale, come proposto in precedenza da diversi autori.

Vista schematica dell'Homunculus in sezione trasversale. Il cerchio sulla sinistra evidenzia la posizione del toro circumstellare e della struttura di nodi e archi che, secondo l'ipotesi di Smith e colleghi, corrisponderebbero a ciò che si vede nelle immagini nel medio infrarosso della regione equatoriale della Nebulosa Homunculus. <span class="di">Cortesia: Nathan Smith et al. 2002 ApJ 567 L77</span>

Vista schematica dell'Homunculus in sezione trasversale. Il cerchio sulla sinistra evidenzia la posizione del toro circumstellare e della struttura di nodi e archi che, secondo l'ipotesi di Smith e colleghi, corrisponderebbero a ciò che si vede nelle immagini nel medio infrarosso della regione equatoriale della Nebulosa Homunculus. <span class="di">Cortesia: Nathan Smith et al. 2002 ApJ 567 L77</span>

Tag: articoli, Eta Carinae

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