Fermi mostra che la stella di Tycho brilla di raggi gamma

Nel 1572 all’inizio di novembre, sulla terra si osservò la comparsa di una “nuova stella” nella costellazione di Cassiopea, quella che ora è riconosciuta come la supernova più brillante osservata ad occhio nudo in oltre 400 anni.

Spesso viene chiamata “supernova di Tycho”, in onore del grande astronomo danese Tycho Brahe, noto per averla studiata approfonditamente. Oggi, anni di dati raccolti dal Fermi Gamma-Ray Space Telescope della NASA rivelano che i resti della stella esplosa emettono radiazione gamma ad alta intensità.

La scoperta offre agli astronomi un nuovo indizio verso la comprensione dell’origine dei raggi cosmici, particelle subatomiche – soprattutto protoni – che attraversano lo spazio a velocità prossime a quella della luce. Dove e come queste particelle acquistino la loro incredibile energia è un mistero difficile da svelare, in quanto particelle cariche scagliate a tutta velocità attraverso la galassia vengono facilmente deflesse dai campi magnetici interstellari, il che rende impossibile seguire i raggi cosmici e risalire alle loro fonti.

“Fortunatamente, i raggi gamma ad alta energia vengono prodotti quando i raggi cosmici colpiscono il gas interstellare e le stelle. Questi raggi gamma arrivano al Fermi Telescope direttamente dalle loro fonti,” dice Francesco Giordano, dell’Università di Bari e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano, autore principale di un articolo che descrive i risultati pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.

Comprendere meglio l’origine dei raggi cosmici è uno degli obiettivi principali di Fermi. Il suo Large Area Telescope (LAT) è in grado di osservare l’intero cielo ogni tre ore, costruendo gradualmente una visione sempre più profonda del cielo nella radiazione gamma. Poiché i raggi gamma sono la forma più energetica e penetrante di luce, essi rappresentano il segnale dell’accelerazione di particelle che dà origine ai raggi cosmici.

“Questa scoperta fornisce un’altra prova del fatto che i resti di supernove possono accelerare i raggi cosmici,” dice Stefan Funk, coautore dell’articolo, astrofisico presso il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), con sedi congiunte allo SLAC National Accelerator Laboratory e alla Università di Stanford, California.

Nel 1949, il fisico Enrico Fermi – dal quale il satellite prende il nome – aveva ipotizzato che i raggi cosmici ad altissima energia venissero accelerati nei campi magnetici delle nebulose di gas interstellare. Nei decenni successivi, gli astronomi dimostrarono che i resti di supernova potevano essere una probabile sede di questo processo all’interno della galassia.

tycho-star.jpg

L’emissione di raggi gamma proveniente dai resti della supernova di Tycho può essere spiegata dalla produzione di pioni. Un protone che viaggia a velocità prossime a quella della luce colpisce un protone che si muove più lentamente. L’interazione crea una particella instabile – il pione – –con una massa pari solo al 14 percento di quella del protone. In dieci milionesimi di un miliardesimo di secondo, il pione decade in una coppia di raggi gamma . (Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Quando una stella esplode, si trasforma in un resto di supernova, un guscio di gas incandescente in rapida espansione delimitato dall’onda d’urto dell’esplosione. Gli scienziati si aspettano che i campi magnetici su entrambe le parti del fronte d’urto possano intrappolare particelle in una specie di pingpong subatomico.

“I campi magnetici dei resti di supernove sono molto deboli rispetto a quello terrestre, ma si estendono in un’area molto vasta, che raggiunge migliaia di anni-luce di ampiezza, quindi possono influenzare notevolmente la traiettoria di particelle cariche,” ha detto Melitta Naumann-Godo, presso l’Università Diderot di Parigi e la Commissione per l’Energia Atomica a Saclay, Francia, coautore dell’articolo e responsabile della ricerca con Giordano.

Muovendosi avanti e indietro nella zona d’urto della supernova, le particelle cariche acquistano energia con ogni traversata, finché riescono a liberarsi dalla loro prigione magnetica, sfuggendo il resto di supernova, liberi di viaggiare nella galassia.

L’analisi del cielo del LAT, tuttora in corso, fornisce ulteriori evidenze a favore di questo scenario, rilevando che i resti di supernove relativamente recenti, come Tycho, tendono a produrre più raggi gamma ad alta energia rispetto a quelli più vecchi. “Il livello di energia dei raggi gamma riflette l’energia delle particelle accelerate che li producono, e ci si aspetta che vi siano più raggi cosmici accelerati ad alte energie in oggetti più giovani perché le loro onde d’urto e i campi magnetici aggrovigliati sono più forti,” spiega Funk. Resti più antichi con onde d’urto più deboli invece non riescono a trattenere le particelle a più alta energia, e il LAT non rileva raggi gamma con energie corrispondenti.

La supernova del 1572 fu uno dei grandi spartiacque nella storia dell’astronomia. La stella infuocata apparve in un periodo in cui si credeva che il cielo stellato fosse fisso e immutabile. Il candido resoconto di Tycho della sua scoperta di questa strana stella fa comprendere la drammaticità dell’evento.

Mappa di Tycho

La mappa di Tycho mostra la posizione della supernova (il simbolo più grande in alto) relativa alle stelle che compongono la costellazione Cassiopea. (Credit: Gerstein Science Information Centre, Univ. of Toronto)

La supernova comparve intorno al 6 novembre, ma il cattivo tempo non permise a Tycho di osservarla fino all’11 novembre, quando la notò durante una passeggiata prima di cena. Tycho raccontò: “Dopo essermi accertato che nessuna stella di questo tipo era mai stata vista prima, fui indotto in una tale perplessità, poiché la cosa era così incredibile, che iniziai a dubitare i miei stessi occhi. Così mi rivolsi ai servi che mi accompagnavano e chiesi loro se anch’essi vedevano una certa stella tanto brillante. Immediatamente risposero con una sola voce che la vedevano completamente, e che era estremamente luminosa”.

La supernova rimase visibile per 15 mesi e non mostrò alcun movimento nel cielo, indicando che doveva essere molto più lontana del sole, della luna e dei pianeti. Gli astronomi oggi stimano che i suoi resti si trovino a una distanza da noi tra 9000 e 11000 anni luce.

Dopo aver osservato il cielo per oltre due anni e mezzo, i dati del LAT mostrano chiaramente che una regione non risolta di emissione di raggi gamma nei GeV (un miliardo di elettronvolt) è associata ai resti della supernova di Tycho. (Come confronto, l’energia della luce visibile è tra circa 2 e 3 elettronvolt.)

Keith Bechtol, uno studente in specializzazione al KIPAC e operante allo SLAC, è stato uno dei primi ricercatori a notare questo possibile collegamento. “Sapevamo che i resti della supernova di Tycho potevano essere un obiettivo importante per Fermi perché è un oggetto già ampiamente studiato in altre parti dello spettro elettromagnetico. Abbiamo pensato che potesse essere una delle migliori opportunità di identificare una firma spettrale indicante la presenza di protoni sotto forma di raggi cosmici,” ha spiegato.

Il modello dell’emissione proposto dal team di studiosi si basa sulle osservazioni del LAT, insieme alla rilevazione di raggi gamma nei TeV (mille miliardi di elettronvolt) mappati da dispositivi da terra, nonché su dati di onde radio e raggi X. I ricercatori concludono che il modo migliore per spiegare l’emissione è tramite il processo di produzione di pioni. In primo luogo, un protone che viaggia a velocità prossime a quella della luce colpisce un protone che si muove più lentamente. Questa interazione crea una particella instabile – il pione – con massa pari a solo il 14 percento quella del protone. In dieci milionesimi di un miliardesimo di secondo, il pione decade in una coppia di raggi gamma .

Se questa interpretazione è corretta, da qualche parte nei resti della supernova i protoni vengono accelerati a una velocità quasi pari a quella della luce, e poi interagiscono con particelle più lente, producendo raggi gamma, la forma di luce più estrema. Con avvenimenti così incredibili in atto in questa “incredibile” stella, possiamo immaginare che lo stesso Tycho Brahe ne sarebbe contento.

Articolo originale:
http://www.nasa.gov

I commenti di questo post sono in sola lettura poichè precedenti al restyling del 2012. Iscriviti al Forum di Astronomia.com ed entra a far parte della nostra community. Ti aspettiamo! : )

3 Commenti

  1. @Enzo
    Mi fai arrossire 😳 🙂
    @Lampo
    Hai ragione! Questa notizia mi ha colpito perché è davvero spettacolare. Anche i resti di supernove continuano a farsi sentire! 😯