Riesaminare M31-2014-DS1: Perché la stella 'scomparsa' di Andromeda mette in discussione le teorie sulle supernove fallite

Rivalutare M31-2014-DS1: Perché la stella "scomparsa" di Andromeda sfida le teorie sulle supernova fallite

Nel 2014, gli astronomi che monitoravano la Galassia di Andromeda (M31) hanno assistito a una rara e sconcertante scomparsa cosmica. Una massiccia supergigante gialla, denominata M31-2014-DS1, ha iniziato a svanire rapidamente, finendo per sparire dalla vista ottica. Per anni, il consenso scientifico prevalente ha suggerito che si trattasse di una "supernova fallita" — un evento drammatico in cui una stella massiccia evita una brillante esplosione e collassa direttamente in un buco nero. Tuttavia, un nuovo studio di Noam Soker del Technion - Israel Institute of Technology suggerisce che questo "atto di sparizione" potrebbe non essere ciò che sembra. Rivalutando i parametri fisici necessari affinché si verifichi una supernova fallita, Soker sostiene che lo scenario sia matematicamente improbabile e che la stella possa essere ancora lì, semplicemente nascosta dietro un velo di polvere cosmica.

L'ipotesi della supernova fallita

Il concetto di una supernova fallita è un pilastro del moderno meccanismo di morte stellare "guidato dai neutrini". In questo modello, quando il nucleo di una stella massiccia collassa, il conseguente flusso di neutrini porta via una quantità significativa di massa-energia. Questa improvvisa perdita di attrazione gravitazionale provoca l'espansione degli strati esterni della stella. Mentre la maggior parte della stella collassa in un buco nero, una piccola frazione dell'involucro viene espulsa nello spazio, con parte del materiale che alla fine ricade verso la singolarità appena formata. Si teorizza che questo materiale di "ricaduta" (fallback) formi un disco di accrescimento, alimentando getti deboli e un evento transitorio a bassa luminosità privo della brillantezza di una supernova standard.

Per M31-2014-DS1, i ricercatori avevano precedentemente proposto che si fosse verificata esattamente questa sequenza di eventi, lasciando dietro di sé un buco nero di circa cinque masse solari. Il fascino di questa teoria risiede nella sua capacità di spiegare perché alcune delle stelle più massicce dell'universo sembrano scomparire senza i fuochi d'artificio previsti. Aiuta anche a spiegare il problema della "supergigante rossa mancante" — l'osservazione per cui vediamo meno progenitori di supernova ad alta massa di quanto previsto dai modelli di evoluzione stellare.

La sfida del fine-tuning

Nella sua ultima ricerca, Noam Soker mette in discussione la fattibilità di questo modello, definendolo uno "scenario di supernova fallita... fallito". Secondo Soker, le condizioni specifiche richieste per corrispondere alle osservazioni di M31-2014-DS1 sono incredibilmente ristrette e fisicamente improbabili. Il modello della supernova fallita richiede che meno dell'1% del materiale di ricaduta legato sia effettivamente accresciuto dal buco nero. Se venisse consumato più materiale, i getti risultanti sarebbero molto più energetici di quanto osservato in Andromeda.

Soker sottolinea una palese contraddizione nella tempistica di questo evento. Il modello proposto suggerisce che i getti alimentati dall'accrescimento debbano rimanere attivi per oltre un decennio per spiegare la curva di luce, eppure questi stessi getti devono in qualche modo non riuscire a interrompere il flusso di gas in entrata per la stessa durata. "Trovo questo requisito di fine-tuning improbabile", scrive Soker nella sua analisi, notando che i loop di feedback fisico tra il gas in accrescimento e i getti in uscita tipicamente regolano tali sistemi in modo molto più aggressivo. La probabilità che un sistema mantenga un tale delicato squilibrio lungo dieci anni è, secondo Soker, quasi nulla.

Convezione e fluttuazioni del momento angolare

Una parte significativa della critica di Soker si concentra sul ruolo della convezione pre-collasso all'interno della supergigante gialla. Prima che una stella collassi, i suoi strati esterni sono un calderone bollente di celle convettive. Queste celle possiedono un momento angolare stocastico — o casuale. Quando la stella collassa, questo "vortice" non scompare semplicemente; determina il modo in cui il materiale di ricaduta interagisce con il buco nero.

Soker sostiene che anche se la stella nel suo insieme ruotasse lentamente, la turbolenza interna sarebbe sufficiente a formare dischi di accrescimento intermittenti. Questi dischi lancerebbero inevitabilmente dei getti attraverso un processo che Soker identifica con il Meccanismo di Esplosione a Getti Instabili (Jittering Jets Explosion Mechanism - JJEM). "Il materiale di ricaduta possiede ampie fluttuazioni del momento angolare a causa della convezione dell'involucro pre-collasso", spiega Soker. I suoi calcoli suggeriscono che queste fluttuazioni produrrebbero getti sufficientemente energetici da scatenare un'esplosione molto più luminosa, anziché il debole bagliore svanente osservato nel 2014. Il fatto che M31-2014-DS1 non sia esplosa brillantemente suggerisce che un evento di collasso del nucleo potrebbe non essersi verificato affatto.

Discrepanze radiative e scenari alternativi

Oltre alla meccanica dell'accrescimento, Soker identifica una discrepanza nella luce osservata. In uno scenario di supernova fallita, l'interazione tra i getti in uscita e il gas stellare circostante dovrebbe produrre una radiazione significativa man mano che il materiale si raffredda. Tuttavia, l'analisi di Soker ha rilevato che la radiazione attesa da una tale zona di raffreddamento sarebbe superiore di almeno un ordine di grandezza rispetto ai valori rilevati dai telescopi. Questo divario indebolisce ulteriormente l'ipotesi della nascita di un buco nero.

Quindi, se non si è trattato di una supernova fallita, cosa è successo alla stella? Soker punta verso un'alternativa: un Transiente Ottico di Luminosità Intermedia (Intermediate-Luminosity Optical Transient - ILOT) di Tipo II. In questo scenario, la stella fa parte di un sistema binario che ha subito un'interazione violenta o una fusione parziale. Tali eventi possono espellere massicce quantità di gas che si condensano rapidamente in polvere. Questa polvere agisce come un "velo" cosmico, bloccando la luce della stella e facendola apparire come scomparsa. "L'attenuazione è dovuta all'espulsione di polvere in una violenta interazione binaria", suggerisce Soker, osservando che questa spiegazione si adatta ai dati osservati senza richiedere "improbabili parametri di fine-tuning".

Implicazioni per l'evoluzione stellare

Il dibattito su M31-2014-DS1 ha profonde implicazioni per il modo in cui comprendiamo i cicli vitali delle stelle più massicce dell'universo. Se le supernove fallite sono rare come suggerisce Soker, ciò significherebbe che la maggior parte delle stelle massicce termina effettivamente la propria vita in esplosioni luminose, e i nostri attuali modelli "guidati dai neutrini" potrebbero necessitare di una revisione significativa. Suggerirebbe anche che i progenitori "mancanti" non stiano scomparendo in buchi neri, ma che forse siano oscurati dalla propria perdita di massa nelle fasi finali o da interazioni binarie.

Il lavoro di Soker concorda con altri studi recenti, come quelli di Beasor et al. (2026), che utilizzano i dati del James Webb Space Telescope (JWST) e del Submillimeter Array (SMA). Queste osservazioni non sono riuscite a rilevare le firme ad alta energia — come specifici flussi di raggi X — che ci si aspetterebbe da un buco nero di nuova formazione che accresce attivamente materia. Invece, i dati a infrarossi suggeriscono una distribuzione non sferica della polvere, un segno distintivo delle interazioni tra stelle binarie piuttosto che del collasso più simmetrico di una stella singola.

Qual è il futuro del mistero di Andromeda

Il test definitivo della teoria della "supernova-fallita fallita" di Soker sarà il tempo. Se la stella è semplicemente nascosta dietro un guscio di polvere espulso durante un'interazione binaria, quella polvere alla fine si espanderà e si diraderà, oppure la stella si sposterà oltre il velo. Soker ha precedentemente previsto che M31-2014-DS1 alla fine riapparirà, una "resurrezione" che smentirebbe definitivamente la teoria del collasso in un buco nero.

La ricerca futura si concentrerà sul monitoraggio a lungo termine del sito nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso e della radio. Mentre telescopi come il JWST continuano a scrutare attraverso la polvere della Galassia di Andromeda, astronomi e ricercatori sperano di trovare la "pistola fumante" — o il debole calore persistente di un sistema binario nascosto o l'inconfondibile silenzio di un buco nero. Per ora, il caso della supergigante scomparsa rimane un monito sulla complessità della morte stellare e sui pericoli di presumere che quando una stella scompare, sia sparita per sempre.