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Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

Cosa resta di SN 1987A

03 Apr 2013 10:00 AM – Michele Diodati

Il 23 febbraio 1987, preceduta dall'arrivo di fasci di neutrini registrati da tre distinti laboratori, la luce proveniente dall'esplosione della supernova SN 1987A raggiunse la Terra, dopo aver coperto i circa 168.000 anni luce che separano il nostro pianeta dalla periferia della Nebulosa Tarantola nella Grande Nube di Magellano, luogo in cui avvenne l'esplosione.

È stata la prima supernova realmente vicina che sia stato possibile osservare a partire dall'invenzione del telescopio. Per tale ragione schiere di astronomi si sono dedicati nell'ultimo quarto di secolo a studiarla e sezionarla con febbrile interesse, usando i dati raccolti dai maggiori osservatori terrestri e spaziali, allo scopo di ricavare ogni possibile informazione sull'evoluzione del resto di supernova e, soprattutto, sul meccanismo che innesca simili gigantesche esplosioni.

Fu scoperto ben presto che la progenitrice della supernova non era una supergigante rossa, cioè una stella giunta alle fasi terminali della propria vita, ma una supergigante blu: una stella chiamata Sanduleak -69° 202, probabilmente una variabile luminosa blu (LBV). Ciò indusse a rivedere le teorie allora in voga, che non consideravano le supergiganti blu come potenziali progenitrici, possibilità che invece ora è largamente accettata.

Il resto della supernova SN 1987A, ripreso dal telescopio spaziale Hubble con il suo strumento più potente: lo High Resolution Channel della Advanced Camera for Surveys. Il campo osservato misura approssimativamente 25 x 25 arcosecondi. <span class="di">Cortesia: ESA/Hubble & NASA</span>

Il resto della supernova SN 1987A, ripreso dal telescopio spaziale Hubble con il suo strumento più potente: lo High Resolution Channel della Advanced Camera for Surveys. Il campo osservato misura approssimativamente 25 x 25 arcosecondi. <span class="di">Cortesia: ESA/Hubble & NASA</span>

Gli studi finora condotti hanno rivelato che l'esplosione ha creato una struttura bipolare e asimmetrica, nella quale possono essere distinti diversi livelli di materia circumstellare preesistenti, i quali sono stati investiti e ionizzati dall'onda d'urto della supernova, producendo una brillante "collana di perle", chiaramente visibile nelle immagini del telescopio spaziale Hubble. Non è stato ancora possibile, invece, identificare chiaramente il residuo compatto della supernova, che si pensa sia una stella di neutroni, data la massa stimata della progenitrice.

Uno studio pubblicato il 1° aprile 2013 su The Astrophysical Journal, la cui prima autrice è Giovanna Zanardo dell'istituto australiano ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research), presenta due nuove immagini radio ad alta risoluzione, che, combinate con le immagini ottiche di Hubble e quelle nei raggi X dell'osservatorio spaziale Chandra, forniscono un quadro aggiornato dell'evoluzione di SNR 1987A (dove SNR sta per 'supernova remnant', cioè resto di supernova).

Le nuove immagini radio sono state acquisite nel 2011 con lo Australia Telescope Compact Array (ATCA) a 44 e 18 GHz.

<b>In alto</b>, immagine radio di SNR 1987A a 44 GHz, ottenuta combinando osservazioni eseguite con ATCA il 24 gennaio e il 16 novembre 2011. La risoluzione è di 0,35 x 0,23 arcosecondi, indicata dall'ovale nell'angolo inferiore destro. <b>In basso</b>, immagine radio a 18 GHz di SNR 1987, acquisita il 26 gennaio 2011 con ATCA. La risoluzione è di 0,63 x 0,47 arcosecondi, inferiore a quella dell'immagine precedente, come indicato dall'ovale più grande visibile nell'angolo inferiore sinistro. <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>
<b>In alto</b>, immagine radio di SNR 1987A a 44 GHz, ottenuta combinando osservazioni eseguite con ATCA il 24 gennaio e il 16 novembre 2011. La risoluzione è di 0,35 x 0,23 arcosecondi, indicata dall'ovale nell'angolo inferiore destro. <b>In basso</b>, immagine radio a 18 GHz di SNR 1987, acquisita il 26 gennaio 2011 con ATCA. La risoluzione è di 0,63 x 0,47 arcosecondi, inferiore a quella dell'immagine precedente, come indicato dall'ovale più grande visibile nell'angolo inferiore sinistro. <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>

<b>In alto</b>, immagine radio di SNR 1987A a 44 GHz, ottenuta combinando osservazioni eseguite con ATCA il 24 gennaio e il 16 novembre 2011. La risoluzione è di 0,35 x 0,23 arcosecondi, indicata dall'ovale nell'angolo inferiore destro. <b>In basso</b>, immagine radio a 18 GHz di SNR 1987, acquisita il 26 gennaio 2011 con ATCA. La risoluzione è di 0,63 x 0,47 arcosecondi, inferiore a quella dell'immagine precedente, come indicato dall'ovale più grande visibile nell'angolo inferiore sinistro. <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>

Le emissioni radio si formano principalmente dove l'onda d'urto prodotta dall'esplosione della supernova impatta il denso materiale circumstellare preesistente. Le immagini ci dicono che la progenitrice della supernova aveva disperso negli spasmi precedenti la fine una notevole quantità di materia, distribuitasi a formare una sorta di ciambella intorno alla posizione della stella poi esplosa. Grazie alle rilevazioni del satellite IUE, fu calcolato che intercorsero 0,66 anni tra l'accensione della supernova e il primo brillare dell'anello circumstellare interno, il cui diametro era dunque di 1,32 anni luce.

Le immagini radio di ATCA mostrano chiaramente che la forza dell'onda d'urto è distribuita asimmetricamente: il lato orientale dell'anello di detriti appare molto più brillante del lato occidentale. Questo dato di fatto è ulteriormente confermato dalle analisi comparative con cui è stata determinata la velocità di espansione dell'onda d'urto.

Nei primi cinque anni, dal 1987 al 1992, la velocità di espansione fu calcolata in circa 30.000 chilometri al secondo (circa una decimo della velocità della luce). Ma dal 1992 in poi la velocità decrebbe nettamente, attestandosi su una media di 4000 ± 400 km/s. Tuttavia, l'analisi delle immagini radio mostra che tale velocità non è uniforme, come si evince anche dal fatto che il lobo orientale dell'anello si trova più lontano dal luogo dell'esplosione rispetto al lobo occidentale. Facendo una media dei dati ricavabili dalle immagini a 18, 36 e 44 GHz, è stato calcolato che la velocità di espansione del lobo orientale, quello che nelle nuove immagini radio appare più luminoso, è di 6100 ± 200 km/s, mentre quella del lobo occidentale è molto minore: 1900 ± 400 km/s.

L'asimmetria tra i due lobi appare anche nelle immagini ottiche e in quelle nei raggi X. Tutto ciò, secondo gli autori dello studio, indica che l'origine del fenomeno è l'esplosione asimmetrica della progenitrice piuttosto che un'asimmetrica distribuzione del materiale circumstellare.

Una sovrapposizione tra l'immagine radio a 44 GHz di SNR 1987A ottenuta da ATCA (i contorni rosso, arancio e marrone) e un'immagine di Hubble del 2011 (zone di colore blu-bianco). <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>

Una sovrapposizione tra l'immagine radio a 44 GHz di SNR 1987A ottenuta da ATCA (i contorni rosso, arancio e marrone) e un'immagine di Hubble del 2011 (zone di colore blu-bianco). <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>

Le misurazioni dell'indice spettrale, cioè delle variazioni del flusso di radiazione proveniente dal resto di supernova in dipendenza della lunghezza d'onda, sono compatibili con la presenza al centro di SNR 1987A di una sorgente compatta o di una nebulosa da vento di pulsar (PWN, pulsar wind nebula).

Questo tipo di nebulosa, noto anche come plerion (cioè 'pieno'), secondo il termine di derivazione greca coniato da Weiler e Panagia nel 1978, è composto da un plasma di particelle cariche accelerate a velocità relativistiche dal campo magnetico straordinariamente intenso e in rapidissima rotazione di una pulsar.

Ma la pulsar lasciata da questa supernova non è stata ancora trovata. Tuttavia, secondo le conclusioni di Zanardo e colleghi, potrebbe essere osservata, se esiste, a frequenze maggiori dei 44 GHz usati nelle osservazioni radio compiute con ATCA. Oppure anche a frequenze inferiori ma ad alta risoluzione, se vi sono da qualche parte buchi nella coltre di materiale ionizzato che circonda il luogo dove la pulsar dovrebbe trovarsi.

In definitiva, non sappiamo ancora se al centro di SNR 1987A vi sia effettivamente, come la teoria suggerisce, una stella di neutroni in rapida rotazione (una pulsar). Potrebbe anche essere accaduto che la stella di neutroni, formatasi come residuo compatto della supernova, sia successivamente collassata in un buco nero, dopo aver attratto materia dal denso mezzo interstellare circostante.

Future osservazioni ad alta risoluzione potranno forse chiarire il mistero.

SNR 1987A, come appare in una sovrapposizione che combina l'immagine radio a 7 mm/44 GHz di ATCA (colore rosso) con l'immagine ottica di Hubble (verde) e l'immagine nei raggi X prodotta da Chandra (blu). La struttura del resto di supernova è dominata da una doppia onda d'urto: una diretta verso l'esterno, chiaramente visibile nelle onde radio, e una diretta verso l'interno, più appariscente nei raggi X. Questa seconda onda d'urto è lo shock inverso, generato dall'ostacolo frapposto alla propagazione dell'esplosione dalla preesistente materia circumstellare. <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>

SNR 1987A, come appare in una sovrapposizione che combina l'immagine radio a 7 mm/44 GHz di ATCA (colore rosso) con l'immagine ottica di Hubble (verde) e l'immagine nei raggi X prodotta da Chandra (blu). La struttura del resto di supernova è dominata da una doppia onda d'urto: una diretta verso l'esterno, chiaramente visibile nelle onde radio, e una diretta verso l'interno, più appariscente nei raggi X. Questa seconda onda d'urto è lo shock inverso, generato dall'ostacolo frapposto alla propagazione dell'esplosione dalla preesistente materia circumstellare. <span class="di">Cortesia: ICRAR</span>

Immagine di SNR 1987A acquisita dal telescopio spaziale Hubble nel 2011. La luminosità dell'anello esterno e del residuo centrale è in aumento, a causa del crescente effetto dell'onda d'urto creata dall'impatto della supernova con i materiali circumstellari preesistenti. <span class="di">Cortesia: NASA/P. Challis (CfA)</span>

Immagine di SNR 1987A acquisita dal telescopio spaziale Hubble nel 2011. La luminosità dell'anello esterno e del residuo centrale è in aumento, a causa del crescente effetto dell'onda d'urto creata dall'impatto della supernova con i materiali circumstellari preesistenti. <span class="di">Cortesia: NASA/P. Challis (CfA)</span>

Riferimenti

Tag: supernovae, SN 1987A, telescopio spaziale hubble, chandra x-ray, ATCA, articoli, onde radio, resti di supernova

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