WOH G64: spostati i confini della ripresa stellare di dettaglio

La stella si chiama WOH G64 ed è una supergigante rossa situata nella Grande Nube di Magellano. Si tratta soprattutto della prima stella esterna alla Via Lattea mai ripresa con grande dettaglio, il che è stato ottenuto grazie alla sensibilità e alla potenza delle nuove tecniche di interferometria. 

La ripresa di dettaglio di WOH G64 è stata possibile grazie agli strumenti avanzati del Very Large Telescope Interferometer (VLTI) di ESO (European Southern Observatory), situato al Paranal Observatory in Cile, e a GRAVITY. Il VLTI, con la sua capacità di combinare il segnale di diverse antenne, ha permesso di ottenere immagini ad alta risoluzione dell'ambiente circostellare di WOH G64, rivelando dettagli mai visti prima in una stella extragalattica. GRAVITY (acronimo di GRAVITationallYing interferometer) è un strumento interferometrico di nuova generazione che opera al Very Large Telescope Interferometer, progettato per ottenere immagini stellari con una risoluzione angolare senza precedenti, permettendo di esplorare oggetti estremamente lontani con una chiarezza mai vista prima, inclusi fenomeni nei nuclei galattici e nelle stelle extragalattiche. GRAVITY utilizza un interferometro a base lunga, combinando i segnali provenienti da quattro telescopi dell'ESO per ottenere risoluzioni angolari molto elevate. Con questa configurazione, il sistema è in grado di simulare un telescopio di dimensioni enormi, fino a 130 metri di diametro. Utilizza la tecnica dell'interferometria per raccogliere luce da oggetti astronomici distanti, combiniamo i dati ottenuti da ciascun telescopio per migliorare la qualità dell'immagine, superando i limiti di risoluzione degli osservatori convenzionali.

L'uso dell'interferometria a lunga base e la successiva ricostruzione delle immagini tramite software specializzati, come IRBis e MiRA, hanno reso possibile un'immagine dettagliata della stella e del toro di polveri che la circonda.

L'importanza di questa osservazione risiede nel fatto che, fino ad oggi, l'osservazione di stelle extragalattiche a una risoluzione così elevata era limitata a oggetti galattici, mentre la distanza della stella in questione dalla Terra avrebbe reso difficili osservazioni di dettaglio senza la tecnologia odierna.

Questa capacità di osservare in dettaglio una stella extragalattica non solo migliora la nostra comprensione di WOH G64, ma apre nuove strade per lo studio delle stelle massicce in altre galassie. L'accuratezza con cui possiamo ora esaminare stelle come WOH G64 è un testamento all'evoluzione delle tecnologie astronomiche, e segna una pietra miliare nell'esplorazione del cosmo, un passo fondamentale per capire meglio l'evoluzione delle stelle massicce e la formazione di polveri e venti stellari in contesti extragalattici.

WOH G64, situata nella Grande Nube di Magellano (LMC) a circa 160 mila anni luce di distanza, è una delle stelle più grandi conosciute. Con un raggio pari a circa 1540 volte quello del Sole e una luminosità di circa 500.000 volte quella solare, questa supergigante rossa rappresenta un laboratorio naturale per studiare la fase finale della vita delle stelle massicce, quelle che portano all'esplosione di supernova e alla formazione di una stella di neutroni o di un buco nero di taglia stellare. 

WOH G64 si trova infatti in una fase avanzata della sua evoluzione stellare, una fase durante la quale le supergiganti rosse perdono enormi quantità di massa attraverso venti stellari intensi. Questi venti sono così forti che formano strutture di gas e polveri attorno alla stella, influenzando sia il suo futuro che il suo impatto sull’ambiente circostante. La stella emette radiazioni che colpiscono i granelli di polvere, riscaldandoli e facendoli brillare nel dominio dell’infrarosso. Questo rende le RSG come WOH G64 ideali per essere studiate con strumenti avanzati come il VLTI (Very Large Telescope Interferometer), che può analizzare il loro ambiente circostellare con dettagli senza precedenti.

La sua temperatura superficiale relativamente bassa di circa 3400 K e l’intensa perdita di massa attraverso venti stellari caratterizzano una fase cruciale per la sua evoluzione verso una supernova.

Le supergiganti rosse come WOH G64 perdono massa a ritmi straordinari, fino a 10⁻⁴ masse solari all’anno, un fenomeno che influenza la loro struttura interna e prepara l’ambiente per l’esplosione finale. Studi recenti, sempre basati su osservazioni interferometriche, hanno mostrato come questa perdita di massa non sia sempre simmetrica, anzi. Sono frequenti ambienti circostellari altamente asimmetrici, spesso modellati da interazioni binarie o flussi bipolari.

Un esempio celebre è il sistema che ha originato SN1987A, dove un anello di polveri, espulso durante la fase supergigante rossa, ha contribuito a modellare l'evoluzione della supernova​ (anche questa nella Nube di Magellano).

Il toro di polveri

WOH G64 è circondata da un toro di polveri opaco. I dati catturati dagli interferometri hanno rivelato una struttura allungata con un asse maggiore di circa 13 raggi stellari e uno minore di 9 raggi stellari, indicativa di un possibile flusso bipolare o di un’interazione gravitazionale con un compagno invisibile. Nel recente passato, i cambiamenti nello spettro infrarosso della stella hanno suggerito la formazione di nuova polvere calda a una distanza di circa 1,5 raggi stellari dal nucleo. Questa nuova polvere ha gradualmente oscurato la stella centrale, rendendola meno visibile nella banda del vicino infrarosso​.

Variazioni di spettro

Uno degli aspetti più affascinanti di WOH G64 è il cambiamento delle sue proprietà nel tempo. Gli astronomi hanno notato che lo spettro della stella, osservato nella banda infrarossa tra il 2009 e il 2016, ha subito una trasformazione significativa. Mentre in passato si osservavano forti segni di assorbimento molecolare d’acqua (H₂O), segno della stella stessa, i dati più recenti mostrano uno spettro dominato da un’emissione continua, causata dalla formazione di nuova polvere calda molto vicina alla stella.

La nuova polvere potrebbe essersi formata a seguito di una recente accelerazione della perdita di massa della stella. Questo processo ha reso la stella centrale meno visibile, oscurata da uno strato più denso di particelle. Studi dettagliati stimano che WOH G64 perda massa a un ritmo impressionante, pari a 10⁻⁴, equivalente alla massa del Sole espulsa in circa 10.000 anni.

L’oscuramento progressivo di WOH G64 è stato confermato da osservazioni fotografiche e spettroscopiche. Analizzando la luce raccolta nel vicino infrarosso (2-2,5 µm) e nel medio infrarosso (8-13 µm), gli astronomi hanno notato differenze significative. Mentre lo spettro a lunghezze d’onda più lunghe (mid-IR) rimane invariato, quello nel vicino infrarosso rivela un continuum in aumento, suggerendo che la polvere si stia formando vicino alla stella, probabilmente a una distanza di circa 1,5 raggi stellari dal nucleo.

Lo studio di stelle come WOH G64 suggerisce che la perdita di massa acceleri poco prima dell’esplosione, creando un ambiente circumstellare ricco e complesso. Quando la stella esploderà, l’interazione del materiale espulso con il mezzo circostante potrebbe dare origine a fenomeni luminosi particolarmente intensi, come si è osservato in altre supernovae.

• Imaging the innermost circumstellar environment of the red supergiant WOH G64 in the Large Magellanic Cloud
• The physcal properties of the red supergiant Woh G64: the largest star known?