Nella Nebulosa Elica gli astronomi hanno individuato almeno 22 piccoli bow shock prodotti da frammenti di materiale espulso dalla stella centrale. Le strutture diventano progressivamente più piccole e disordinate allontanandosi dalla stella, mostrando quasi direttamente come i resti stellari vengano frammentati e mescolati nel mezzo interstellare.
Quando una stella simile al Sole raggiunge le ultime fasi della propria vita, non scompare semplicemente. Una parte consistente del suo materiale viene espulsa nello spazio e può diventare, milioni di anni dopo, materia prima per nuove stelle e sistemi planetari.
Gli astronomi conoscono questo processo da tempo, ma esisteva un passaggio particolarmente difficile da osservare: cosa succede al materiale dopo che è stato espulso dalla stella e prima che venga completamente incorporato nel mezzo interstellare?
La Nebulosa Elica, conosciuta anche come Helix Nebula o NGC 7293, potrebbe averci appena mostrato la risposta.
Utilizzando il nuovo telescopio MOTHRA, ancora in fase di completamento in Cile, un gruppo di ricercatori ha individuato 22 bow shock completi o parziali nelle regioni esterne della nebulosa.
Non sono semplicemente nuove strutture spettacolari da fotografare. La loro forma sembra raccontare, passo dopo passo, la distruzione del materiale espulso dalla vecchia stella.
Cosa ha scoperto MOTHRA nella Nebulosa Elica
Lo studio, pubblicato su Nature, descrive almeno 22 strutture arcuate nella parte orientale della Nebulosa Elica, rilevate principalmente attraverso l’emissione Hα dell’idrogeno ionizzato.
I ricercatori le interpretano come bow shock, onde d’urto che si producono quando materiale in movimento incontra un mezzo circostante a velocità sufficientemente elevata.
La particolarità è che questi shock non appartengono a un’unica enorme struttura attorno alla nebulosa.
Ognuno sembra invece essere associato a un singolo frammento o grumo di materiale espulso dalla stella durante una fase precedente della sua evoluzione.
È come osservare decine di piccoli oggetti che attraversano il gas interstellare lasciando davanti a sé un’onda d’urto.
Cosa sono i bow shock
Il termine può sembrare complicato, ma il fenomeno è intuitivo.
Un bow shock, o onda d’urto ad arco, si forma quando un oggetto o un flusso di materia attraversa un ambiente più lentamente reattivo a velocità supersonica.
Un esempio molto più vicino alla nostra esperienza è l’onda prodotta davanti alla prua di una nave.
Nel caso della Nebulosa Elica non abbiamo però una nave, ma frammenti di materiale stellare che attraversano il gas presente tra le stelle.
Il movimento della nebulosa rispetto al mezzo interstellare raggiunge circa 45 km/s, mentre sul lato orientale la combinazione tra questo movimento e l’espansione dei detriti porta gli shock a velocità stimate intorno agli 80-90 km/s.
Il gas viene quindi compresso e riscaldato, diventando osservabile.
Ed è proprio questo che permette a MOTHRA di vedere qualcosa che altrimenti sarebbe estremamente difficile da rilevare.
I 22 shock diventano sempre più piccoli
È qui che la scoperta diventa particolarmente interessante.
Gli archi non hanno tutti la stessa forma.
Quelli più vicini alla regione centrale sono relativamente sottili, netti e ben definiti. Allontanandosi, diventano progressivamente più piccoli, irregolari e frammentati.
Tra circa 0,4 e 1,4 parsec dalla stella centrale, il raggio di curvatura caratteristico degli shock diminuisce di circa 100 volte.
Non sembra essere una coincidenza.
Secondo gli autori dello studio, stiamo osservando differenti fasi dello stesso processo: i frammenti di materiale espulso vengono progressivamente erosi, strappati e disgregati mentre attraversano il mezzo interstellare.
Più avanzano, meno riescono a mantenere una struttura coerente.
Alla fine il materiale si disperde.
Quanto tempo impiegano i frammenti a dissolversi
Analizzando il modo in cui cambiano le dimensioni e la forma degli archi, i ricercatori hanno potuto stimare anche la durata del processo.
I frammenti sembrerebbero perdere la propria struttura coerente in circa 10.000 anni.
Su scala umana è un periodo quasi inconcepibile. Su scala astronomica è relativamente breve.
Per la prima volta abbiamo quindi una stima osservativa diretta della velocità con cui una parte del materiale espulso da una stella può essere frammentata e incorporata nel gas circostante.
Ed è proprio questo il collegamento con quello che gli astronomi chiamano riciclo cosmico della materia.
Come una stella “ricicla” la propria materia
Una stella produce nuovi elementi attraverso le reazioni nucleari che avvengono durante la propria vita.
Quando entra nelle fasi finali della sua evoluzione, una parte di questo materiale viene restituita allo spazio.
Per stelle di massa bassa o intermedia, come il Sole, questo avviene soprattutto durante la fase di ramo asintotico delle giganti, o AGB, quando la stella perde progressivamente i propri strati esterni.
Il nucleo residuo può infine diventare una nana bianca, mentre il gas espulso forma una nebulosa planetaria.
Ma il processo non termina qui.
Il materiale deve ancora mescolarsi con il mezzo interstellare.
Da quelle nubi potranno successivamente nascere nuove stelle, dischi protoplanetari e pianeti.
Gli atomi presenti sulla Terra sono quindi il risultato di molte generazioni di questo processo.
La scoperta nella Nebulosa Elica potrebbe mostrarci uno dei passaggi fisici attraverso cui questo materiale smette di appartenere alla vecchia stella e diventa parte della galassia.
Quei frammenti potrebbero essere più antichi della nebulosa visibile
Un altro dettaglio dello studio rende il quadro ancora più interessante.
Dalla velocità di espansione, stimata tra circa 35 e 45 km/s, i ricercatori ricavano per alcuni dei grumi un’età dinamica di circa 20.000-30.000 anni.
La nebulosa planetaria visibile sarebbe invece molto più giovane, con una formazione risalente a circa 12.000 anni fa.
Questo suggerisce che i frammenti responsabili dei bow shock possano provenire da materiale espulso prima della formazione della nebulosa planetaria vera e propria, durante le ultime fasi AGB della stella.
In pratica MOTHRA starebbe osservando diversi capitoli della morte della stessa stella contemporaneamente.
La Nebulosa Elica continua a riservare sorprese
NGC 7293 si trova a circa 650 anni luce dalla Terra ed è una delle nebulose planetarie luminose più vicine a noi.
La sua relativa vicinanza permette agli astronomi di distinguere strutture che in sistemi più distanti sarebbero difficilissime da separare.
Tech iCrewPlay aveva già parlato della Nebulosa Elica e del possibile destino di un pianeta attorno alla sua nana bianca, un altro esempio di quanto complessa possa essere la fase finale di un sistema planetario.
La Elica contiene inoltre migliaia di piccoli nodi cometari e grandi quantità di materiale molecolare, segno che il gas espulso non viene immediatamente disperso in maniera uniforme.
I nuovi bow shock permettono ora di osservare cosa potrebbe accadere più lontano dalla stella.
Cos’è MOTHRA e perché riesce a vedere strutture così deboli
Anche lo strumento utilizzato per la scoperta merita attenzione.
MOTHRA significa Modular Optical Telephoto Hyperspectral Robotic Array ed è in costruzione presso l’El Sauce Observatory in Cile.
Non utilizza un singolo enorme specchio come un telescopio tradizionale.
Il progetto prevede invece un sistema composto, una volta terminato, da 1.140 teleobiettivi distribuiti su 30 montature.
L’obiettivo è ottenere una sensibilità estremamente elevata nei confronti delle emissioni molto diffuse e deboli presenti nel cielo.
Ed è significativo che la scoperta sia arrivata quando MOTHRA non era ancora completo.
Secondo lo studio, le osservazioni utilizzate equivalgono a circa 20 minuti di esposizione con quello che sarà l’array nella sua configurazione finale.
Questo significa che la quantità di strutture estremamente deboli che il telescopio potrebbe rivelare una volta operativo completamente potrebbe essere molto superiore.
Potremmo trovare lo stesso fenomeno attorno ad altre stelle
La Nebulosa Elica non dovrebbe essere un caso unico.
Se l’interpretazione è corretta, fenomeni simili dovrebbero avvenire anche nelle regioni esterne di altre nebulose planetarie.
Il problema è riuscire a vederli.
Gli autori ritengono che questi shock siano più facilmente rilevabili quando la nebulosa si muove rispetto al mezzo interstellare con velocità superiori a circa 40 km/s.
Una volta completato MOTHRA, sarà quindi possibile cercare strutture analoghe attorno ad altri resti stellari.
Questo potrebbe permettere agli astronomi di capire se i circa 10.000 anni stimati per la Nebulosa Elica rappresentino una situazione comune oppure se la velocità con cui i frammenti vengono distrutti dipenda dalle condizioni dell’ambiente circostante.
Un’anteprima lontana del futuro del Sole
La Nebulosa Elica è particolarmente interessante anche perché la stella che l’ha generata apparteneva alla stessa grande categoria di stelle destinate a terminare la propria vita come nane bianche.
È, in senso generale, anche il destino che attende il Sole.
Tra miliardi di anni il nostro astro attraverserà la fase di gigante rossa, perderà gran parte degli strati esterni e terminerà la propria evoluzione come nana bianca.
Abbiamo già visto su Tech come altre stelle morenti possano aiutarci a comprendere il lontanissimo futuro della Terra e del Sistema Solare.
Le nuove osservazioni della Elica aggiungono un altro tassello.
Non mostrano soltanto come muore una stella, ma ciò che accade dopo: il suo materiale viene lentamente sminuzzato, disperso e restituito alla galassia.
E da quella stessa materia, molto tempo dopo, potrebbero nascere altri mondi.
