Riassunto:
Quando una stella esaurisce il combustibile nucleare, non necessariamente termina la sua vita con una spettacolare esplosione di supernova. Per le stelle come il Sole, di solito perdono i loro strati esterni, lasciando dietro di sé un nucleo denso che è vicino alla Terra ma può essere massiccio quanto il Sole. Questa è una nana bianca.
Per molto tempo, la comunità astronomica ha creduto che le nane bianche avessero un limite di massa superiore insormontabile, noto come "limite di Chandrasekhar", che è circa 1,4 volte la massa del sole. Dopo aver superato questo limite, le nane bianche di solito non riescono a mantenere una struttura stabile e possono subire un collasso gravitazionale o un'esplosione termonucleare. Tuttavia, nuove simulazioni effettuate da un team dell’Indian Institute of Science (IISc) hanno scoperto che forti campi magnetici interni potrebbero modificare questo limite, rendendo alcune nane bianche massicce quanto circa 2,4 volte quella del Sole.
La ricerca è stata pubblicata su The Astrophysical Journal Letters. I ricercatori ritengono che forti campi magnetici possano fornire ulteriore supporto interno alle nane bianche, consentendo loro di rimanere stabili anche quando le loro masse sono molto maggiori di quanto previsto dalla teoria tradizionale.
Il motivo per cui le nane bianche possono resistere alla propria gravità si basa principalmente su un effetto quantomeccanico chiamato pressione di degenerazione elettronica. Ma man mano che la massa continua ad aumentare, la gravità diventerà sempre più forte, fino a superare questa capacità di supporto. Il limite di Chandrasekhar è il limite superiore teorico basato su questo meccanismo fisico.
I ricercatori hanno scoperto che forti campi magnetici possono introdurre nuove variabili in questo modello tradizionale. Man mano che la nana bianca accumula materiale dalla sua stella compagna, la sua massa continua ad aumentare e la sua densità interna aumenta, provocando un ulteriore restringimento della stella. Questo processo di compressione può aumentare il suo campo magnetico interno e la pressione extra generata dal campo magnetico può aiutare a resistere alla gravità, consentendo alla nana bianca di sopportare più massa.
Per verificare questa possibilità, il gruppo di ricerca ha modificato il programma di evoluzione stellare STARS sviluppato dall'Università di Cambridge per incorporare nel modello l'effetto del campo magnetico e il processo di raffreddamento della stella nana bianca. A partire dal momento in cui la stella si trova ancora nella fase della sequenza principale, si simula la sua evoluzione in una stella nana bianca e il successivo accrescimento di materiale dalla stella compagna.
In uno dei casi di simulazione, una stella con una massa iniziale di circa 8 volte quella del Sole alla fine ha formato una stella nana bianca di carbonio-ossigeno con una massa di circa 1,02 volte quella del Sole. Man mano che la nana bianca accumulava materiale a una velocità pari a circa un miliardesimo della massa solare all’anno, il suo campo magnetico si rafforzava gradualmente e il limite superiore della massa stabile calcolato dal modello alla fine raggiungeva circa 2,4 volte la massa del sole. A titolo di confronto, in condizioni simili, se non si tiene conto dell'influenza del campo magnetico, il limite di massa superiore è ancora mantenuto a circa 1,4 volte la massa del sole.
Zenia Zuraiq, la prima autrice dell'articolo e dottoranda presso il Dipartimento di Fisica dell'Indian Institute of Science, ha affermato che la chiave della ricerca non è solo dimostrare che le nane bianche con massa super-Chandrasekhar possono esistere in teoria, ma, cosa ancora più importante, verificare se una stella può effettivamente formare un tale oggetto attraverso l'evoluzione naturale. Questa simulazione traccia lo stadio della sequenza principale della stella fino alla formazione della nana bianca e al successivo processo di accrescimento, dimostrando che in determinate condizioni questo percorso evolutivo è effettivamente possibile.
In effetti, l'idea che le nane bianche superino il limite di Chandrasekhar è stata studiata dagli astronomi per decenni. In precedenza, gli astronomi avevano osservato alcune supernove di tipo Ia insolitamente luminose, significativamente più luminose di quanto previsto dai modelli comuni. Pertanto, alcuni hanno ipotizzato che queste esplosioni potrebbero provenire da nane bianche con una massa di gran lunga maggiore di 1,4 volte quella del sole. Alcune teorie suggeriscono addirittura che la massa del suo predecessore potrebbe essere vicina a 2,8 volte quella del sole.
L'importanza di questo studio è che molti calcoli teorici del passato si concentravano sulla possibilità che le nane bianche supermassicce possano rimanere stabili, ma il nuovo studio simula ulteriormente il modo in cui si formano effettivamente attraverso il processo di evoluzione stellare. Il gruppo di ricerca ha quindi fornito una spiegazione teorica più completa per le nane bianche supermassicce sostenute da campi magnetici. Tuttavia, ciò non significa che tali oggetti siano molto comuni nell’universo e la ricerca non è ancora in grado di determinare quanto spesso appaiano effettivamente.
La scoperta potrebbe anche influenzare le misurazioni effettuate dagli astronomi sul tasso di espansione dell'universo.
Le supernovae di tipo Ia di solito si verificano quando avviene una combustione termonucleare fuori controllo all'interno di una nana bianca composta da carbonio e ossigeno. Quando la temperatura e la pressione all'interno dell'oggetto raggiungono determinate condizioni, l'elemento di carbonio può accendersi, innescando una violenta esplosione termonucleare. Poiché questi tipi di supernovae hanno caratteristiche di luminosità relativamente stabili che possono essere calibrate attraverso curve di luce, gli astronomi le utilizzano da tempo come uno strumento importante per misurare la distanza di galassie distanti e per studiare la storia dell’espansione dell’universo.
Se alcune supernovae di tipo Ia provengono effettivamente da nane bianche che sono più massicce e hanno campi magnetici più forti, allora i loro progenitori potrebbero essere significativamente diversi dai modelli tradizionali. Queste differenze possono influenzare la luminosità e l’evoluzione delle esplosioni di supernova, influenzando così l’accuratezza delle misurazioni della distanza cosmica. Una maggiore comprensione dei meccanismi di formazione di tali supernove aiuterà a migliorare i modelli fisici utilizzati dagli astronomi per studiare l’espansione dell’universo.
Questa ricerca ricorda inoltre agli scienziati che alcuni limiti fisici apparentemente invalicabili dell'universo potrebbero essere influenzati da fattori che non sono stati pienamente considerati prima. Il limite di Chandrasekhar non può essere facilmente applicato in tutte le condizioni. Forti campi magnetici potrebbero aprire un percorso evolutivo per le nane bianche che in precedenza era difficile da identificare.
Il documento di ricerca è intitolato "Formazione di Super-Chandrasekhar White Dwarfs through the Evolution of Magnetized Main-Sequence Stars: New Mass Limits Based on STARS Simulations" ed è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters l'8 ottobre 2026.
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