Nel 2010 avevo pubblicato un articolo su una magnetar e avevo richiamato il fatto che esse rappresentano una vera anomalia: stelle sicuramente molto massicce che, una volta esplose come supernova, sono rimaste nel rango delle stelle di neutroni. Perché? Vi ripropongo quell’articolo e poi continuo con l’avventura ai limiti di un vero film d’azione.

Il VLT dell’ESO ha studiato a fondo l’ammasso aperto Westerlund 1 e in particolare un magnetar (un tipo particolare di stella di neutroni) concludendo che quest’ultimo oggetto doveva provenire da una stella con una massa almeno 40 volte quella del Sole. Normalmente si pensa che una massa del genere debba portare a un buco nero e invece in questo caso abbiamo soltanto una stella di neutroni. Facciamo allora un po’ di chiarezza sul problema.

L’ammasso Westerlund 1 è stato scoperto solo nel 1961, dato che è immerso in un’enorme nube interstellare di gas e polvere e quindi è rimasto “nascosto” a lungo. E’ relativamente vicino (16000 anni luce da noi) e si trova nella costellazione australe dell’Altare. Esso rappresenta un laboratorio eccezionale per lo studio della fisica stellare estrema. Si stima che contenga almeno 100000 masse solari racchiuse in uno spazio inferiore ai 6 anni luce. E’ quindi giovanissimo e si ha la certezza che tutte le sue stelle siano nate insieme, ossia abbiano tutte un’età compresa tra 3,5 e 5 milioni di anni. Questo dato è importantissimo, in quanto lo stadio evolutivo dei singoli astri ci può dare informazioni molto precise sulla loro massa. Ricordiamo infatti che più una stella è grande e prima raggiunge la sua fine.

Le masse delle stelle dell’ammasso finora studiate sono tutte molto grandi, dell’ordine di 30-40 masse solari. Se il Sole si trovasse nel cuore del gruppo avremmo delle notti illuminate da centinaia di stelle più luminose della Luna Piena. Meriterebbe un viaggio… Ma torniamo all’età e alle massa del nostro “magnetar”. Innanzitutto, ricordiamo che si chiama magnetar una  stella di neutroni che abbia un campo magnetico incredibilmente forte, dell’ordine di milioni di miliardi di volte quello terrestre.

Tutte le stelle di Westerlund 1 hanno, come già detto, la stessa età, ragion per cui la stella che ha dato origine al magnetar, dovendo già essere esplosa, ha avuto una vita più breve di quella delle sue compagne ancora vive. La relazione massa-età ci dice allora che doveva essere più massiccia delle sorelle. Se si fosse riusciti a misurare la massa di una delle compagne più grandi si sarebbe quindi stati sicuri che la massa originaria della progenitrice del “magnetar” sarebbe stata superiore. L’occasione è stata fornita da un sistema doppio (W13). In questi casi è immediato avere le masse delle componenti attraverso il moto orbitale. La conclusione è stata sorprendente: il magnetar doveva essersi formato da una stella superiore alle 40 masse solari. Per la prima volta si era osservato che questi oggetti peculiari potevano essere nati da stelle che normalmente dovrebbero portare a un buco nero. Ricordiamo, infatti, che le teorie accettate normalmente dicono che le stelle di neutroni (e quindi anche i magnetar) dovrebbero formarsi da stelle comprese tra 10 e 25 masse solari. Dopo questo valore la fine dovrebbe essere un buco nero.

Una possibile spiegazione, che aprirebbe nuove strade sulla fenomenologia delle ultime fasi stellari, ipotizza che il progenitore della magnetar sia nato con una compagna. Durante l’evoluzione il sistema doppio iniziò ad interagire e l’energia derivata dal cambiamento del loro moto orbitale venne spesa soprattutto nell’espulsione di una enorme quantità di massa originale, superiore a quella relativa alle normali fasi di pre-supernova. La perdita di massa potrebbe essere così stata anche superiore al 95% e quindi la massa finale al momento dell’esplosione molto ridotta e incapace di arrivare alla massa critica di un buco nero (circa 3 masse solari).

A questo punto vale la pena di fare una piccola osservazione che potrebbe essere utile a molti: non si deve confondere la massa della stella originaria e la massa della stella dopo l’esplosione. Per poter dare origine ad una supernova è necessario avere una massa originaria almeno 8 volte quella del Sole. Per produrre un buco nero è necessario che la massa dopo l’esplosione sia superiore a 3 masse solari. Dato che le stelle in fase pre-supernova perdono poco più del 90% della loro massa, ecco che per arrivare a essere buco nero la stella iniziale dovrebbe essere di almeno 25 masse solari.

Resta il fatto che non si vede più la compagna, ma essa potrebbe essere stata scagliata lontano al momento dell’esplosione della supernova. Se questa ipotesi fosse vera (e al momento non ci sono alternative) vorrebbe dire che l’evoluzione finale di una stella sarebbe fortemente legata al fatto di essere o non essere in un sistema doppio. Il “matrimonio” guiderebbe in modo fondamentale la perdita di massa e quindi la struttura di ciò che rimane dopo la morte.

I ricercatori si sono mostrati proprio tali e hanno cominciato a “ricercare” la fuggitiva. Da qualche parte doveva ancora esserci. Per svolgere indagini all’altezza della situazione hanno usato il VLT, puntandolo verso zone anche molto lontane. Anche se ben nascosta, la sua velocità sarebbe stata un segno abbastanza chiaro di colpevolezza. Alla fine, ecco la Westerlund 1-5. Era sicuramente in fuga e poteva essere la stella ricercata.

Bastava la velocità per accusarla? Probabilmente no ed allora è stato svolta un’analisi del suo DNA (ops… composizione chimica). No, c’era qualcosa che non andava assolutamente! Una stella di quella  massa relativamente piccola non poteva contenere sia idrogeno ed elio (cosa normale) che-anche- un'anomala  quantità di carbonio. Non era farina del suo sacco, ma certamente la refurtiva! Non vi erano alternative a meno di non rivoluzionare tutta l’evoluzione stellare.

I detective hanno ricostruito abbastanza bene il susseguirsi degli eventi che corrispondono piuttosto bene a ciò che si era ipotizzato già nel 2010. La fuggitiva (stella 1) era sorella dell’odierna magnetar (stella 2) ed era anche più massiccia. Una compagna enorme che giunta verso la fine della sua vita ha iniziato a regalare materiale alla più piccola compagna. Meno materia teneva per sé e più lunga sarebbe stata la sua esistenza “normale”. La compagna (2) non solo aumentava di massa ma anche di momento angolare, iniziando a ruotare come una trottola e ingigantendo di conseguenza il suo campo magnetico. A questo punto era diventata veramente grassa e iniziò a perdere massa, ma anche a restituirne un po’ alla ex stella (1) originariamente più massiccia e ora dimagrita di molto.

Questa, credendosi al sicuro, aveva continuato a svolgere le sue azioni vitali lavorando ancora sull’idrogeno ed elio, di cui aveva un riserva ancora notevole. Il regalo della sorella (2) ormai giunta veramente alla fine era un qualcosa di impossibile per lei (1): tanto carbonio relativo a una fase ben più avanzata di fase evolutiva. Un bottino quasi insperato!

Poi, la situazione degenerò velocemente e la povera stella in rapida rotazione (1) fu costretta ad esplodere come supernova. La sua massa, però, non era certo mai stata di 40 masse solari, ma decisamente minore, avendo restituito molto di ciò che la sorella le aveva regalato. Insomma, era vissuta da gigante, ma solo temporaneamente. Doveva dire grazie a tutta quella massa che la sorella le aveva fornito molto tempo prima. E non poteva, perciò, nemmeno sperare di diventare un buco nero, non avendo più  una massa di tre Soli. Nell’esplosione la compagna venne finalmente scacciata (o se ne era andata per non lasciare prove?) con il suo strano segno evolutivo (tanto carbonio) che non poteva certo essersi costruita da sola.

Al di là degli scherzi, questo scambio di favori sembra davvero l’unica possibilità per formare una magnetar. Le prove in possesso ai ricercatori sembrano più che sufficienti per confermare questa ipotesi veramente importante per l’evoluzione stellare. Ancora una volta, fenomeni peculiari e fondamentali nascono solo durante l’unione stretta di due stelle.

Sono veramente contento che una ricerca eseguita con attenzione, pazienza e idee chiare abbia avuto una conclusione così chiara e disambigua. Insomma, nemmeno nell’Universo esiste il “delitto” perfetto!