Il satellite NASA Kepler osserva i primi e rari momenti di vita di una supernova

Le osservazioni senza precedenti di Kepler sul pre-evento della supernova, e l’agilità di Swift nel rispondere all’evento dell’esplosione, hanno permesso agli astronomi di ottenere importanti scoperte su come si originino le supernovae Tipo Ia.

Gli astronomi sono esaltati per le nuove misure ottenute dai satelliti NASA Kepler e Swift sulla supernova appena nata, e sono assorbiti dal loro studio per cercare di comprendere meglio i processi che innescano queste formidabili esplosioni. Gli scienziati sono particolarmente affascinati dalle supernovae di Tipo Ia (avevamo accennato ad esse nella Sezione 5 di questo articolo, ma presto scriverò un articolo dedicato che ne parlerà più in dettaglio), poichè esse possono essere utilizzate come fari di luce per misure di grandi distanze attraverso l’Universo.

“Le osservazioni senza precedenti di Kepler sul pre-evento della supernova, e l’agilità di Swift nel rispondere all’evento dell’esplosione, hanno permesso di ottenere importanti scoperte ma a lunghezze d’onda differenti,” ha detto Paul Hertz, direttore di Astrophysics. “Non solo riusciamo ad ottenere più dettagli su cosa innesca una supernova Tipo Ia, ma questi dati ci permettono anche di calibrare ancora meglio le supernovae Tipo Ia come candele standard, e questo ha implicazioni sulla nostra comprensione dei misteri dell’energia oscura.”

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Il grafico mostra una curva di luce di una supernova Tipo Ia appena scoperta dal telescopio spaziale Kepler della NASA, e chiamata KSN 2011b, La curva di luce mostra la luminosità della stella (asse verticale) in funzione del tempo (asse orizzontale), prima, durante e dopo che la stella è esplosa. Il diagramma in bianco sulla destra rappresenta i 40 giorni di continue osservazioni di Kepler. Nel riquadro ingrandito in rosso, la regione colorata con color acqua rappresenta il rigonfiamento previsto nei dati se vi è la presenza di una stella compagna quando la supernova si verifica. Le misure sono rimaste costanti (linea gialla) facendoci concludere che la causa è dovuta all’unione di due stelle in orbita molto vicine fra loro, molto probabilmente due nane bianche. La scoperta fornisce la prima misura diretta che permette agli scienziati di capire la causa dell’esplosione. Credits: NASA Ames/W. Stenze

Le supernovae Tipo Ia esplodono con luminosità molto simili fra loro perchè l’oggetto in esplosione è sempre una nana bianca, il residuo di una stella come il Sole che ha dimensioni pari a quelle della Terra. Una nana bianca può diventare una supernova dall’unione con un’altra nana bianca oppure attirando a sè molta materia da una stella compagna vicina, causando una reazione termonucleare che la fa andare in frantumi.

In uno studio apparso su Nature questo Giovedì (reperibile QUI), Kepler e Swift hanno trovato l’evidenza che supporta entrambi gli scenari che danno origine alle supernovae Tipo Ia.

I ricercatori che studiano i dati Kepler hanno catturato tre nuove e distanti supernovae, e i dati includono misure che sono state prese anche prima che le violente esplosioni avvenissero. Conosciuto per la sua capacità di trovare pianeti, e per il suo incessante scrutare il cielo, con le sue osservazioni di elevata precisione e con una frequenza di 30 minuti, il telescopio spaziale Kepler ha permesso agli astronomi di spostare indietro le lancette dell’orologio e fotografare i momenti iniziali di una supernova. La scoperta ci fornisce le prime misure dirette che permettono agli scienziati di capire le cause dell’esplosione.

“Le nostre scoperte delle supernove di Kepler favoriscono fortemente lo scenario di nane bianche che si uniscono fra loro, mentre lo studio di Swift, condotto da Cao, prova che le supernovae Tipo Ia possono anche originarsi da singole nane bianche,” ha detto Robert Olling, ricercatore associato all’University of Maryland e autore a capo dello studio. “Proprio come tutte le strade portano a Roma, la natura può mostrarci diversi modi per far esplodere nane bianche.”

Per catturare i primi momenti dell’esplosione di una Tipo Ia, il team di ricerca ha monitorato 400 galassie per due anni utilizzando Kepler. Il team ha scoperto tre eventi, designati con i nomi KSN 2011b, KSN 2011c and KSN 2012a, con misure prese prima, durante e dopo le esplosioni.

Questi dati forniscono una visione sui processi fisici che innescano queste bombe stellari poste a milioni di anni luce di distanza da noi. Quando una stella diventa una supernova, lo scoppio esplosivo di energia eietta la materia stellare a velocità supersoniche, emettendo un’onda d’urto in tutte le direzioni. Se la stella compagna è nelle vicinanze, la sua distruzione nell’onda d’urto sarà visibile nei dati.

Gli scienziati non hanno trovato alcuna evidenza di una stella compagna e hanno concluso che la causa deve essere la collisione e l’unione di due stelle in orbita molto stretta, molto probabilmente due nane bianche.

Conoscere la distanza di una galassia nel campo inquadrato da Kepler è stato essenziale per caratterizzare il tipo di supernova scoperta da Olling e colleghi. Per determinare la distanza, il team ha fatto uso dei potenti telescopi al Gemini e al W. M. Keck Observatories posti sulla sommità del Mauna Kea nelle Hawaii. Queste misure sono state fondamentali per i ricercatori per concludere che le supernovae scoperte erano della classe Tipo Ia.

“Il satellite spaziale Kepler ci ha fornito ancora un’altra sorpresa, giocando un ruolo inatteso nella scienza delle supernovae poichè è riuscito a fornire per la prima volta curve di luce ben campionate di supernovae Tipo Ia nelle loro prime fasi di vita,” ha detto Steve Howell. Gli scienziati del progetto Kepler al NASA’s Ames Research Center in Moffett Field, California, dichiarano: “Ora nella sua nuova missione K2, il satellite cercherà altre supernovae tra le numerose migliaia di galassie.”

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Questa simulazione al computer mostra i detriti di una supernova Tipo Ia (in marrone) che investe la sua stella compagna (in blu) a decine di milioni di chilometri orari. L’interazione produce luce ultravioletta che sfugge via mentre la supernova spazza via la stella compagna, e che è stata rilevata da Swift. Credits: UC Berkeley, Daniel Kasen

Un altro gruppo di astronomi ha trovato a sua volta dati interessanti su una supernova differente. Condotto dallo studente di dottorato Yi Cao del California Institute of Technology (Caltech), un team di ricercatori utilizzando Swift ha rilevato l’emissione di luce ultravioletta (UV) nei primi giorni di vita di una supernova Tipo Ia. Basandosi su simulazioni al computer di supernovae che esplodono in sistemi stellari binari, i ricercatori pensano che l’impulso UV sia stato emesso dall’investimento e inghiottimento di una stella compagna vicina da parte dell’onda d’urto generata dall’esplosione.

“Se Swift avesse osservato appena un giorno o due più tardi, avremmo perso completamente questo segnale UV,” ha detto Brad Cenko, un membro del team Swift al NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “Grazie alla copertura in lunghezza d’onda di Swift e alla rapida capacità di pianificare le osservazioni, è attualmente l’unico satellite spaziale che può compiere queste osservazioni regolarmente.”

Secondo l’analisi, i detriti della supernova hanno impattato sulla stella compagna e si sono distribuiti intorno ad essa, creando una regione ad emissione UV. La temperatura massima ha superato gli 11 mila gradi centigradi, circa due volte la temperatura superficiale del Sole.

L’esplosione, designata col nome iPTF14atg, è stata dapprima osservata il 3 Maggio, nella galassia IC 831, localizzata a circa 300 milioni di anni luce di distanza nella costellazione coma Berenices. E’ stata scoperta attraverso un sistema di osservazione robotico a largo campo noto come l’intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), una collaborazione che coinvolge diverse istituzioni e guidata dal Caltech Optical Observatories in California.

“Abbiamo trovato evidenza di questa esplosione nelle immagini prese la notte prima, quindi abbiamo trovato iPTF14atg quando aveva appena un giorno di vita,” ha detto Cao. “Meglio ancora, abbiamo confermato che si trattava di una giovane supernova Tipo Ia, qualcosa per cui abbiamo lavorato sodo affinchè il nostro sistema fosse capace di trovarla.”

Il team ha immediatamente richiesto osservazioni per seguire l’oggetto con altri strumenti, includendo l’ultravioletto e le osservazioni a raggi X dal satellite NASA Swift. Sebbene non siano state trovate emissioni a raggi X, un debole picco di luce UV è stato rilevato dal Telescopio Ultravioletto/Ottico Swift entro alcuni giorni dall’esplosione, con l’assenza di un corrispettivo picco di emissione nella luce visibile. Dopo che l’emissione si è conclusa, entrambe le emissioni nelle lunghezze d’onda del visibile e dell’UV sono cresciute insieme con l’aumentare della luminosità della supernova.

L’impulso UV di iPTF14atg fornisce una forte evidenza della presenza di una stella compagna, ma poichè anche due nane bianche in collisione tra loro possono produrre una supernova, come dimostrato dai risultati di Kepler, gli astronomi stanno lavorando per capire in quali percentuali i due scenari possano verificarsi.

Gli scienziati aggiungono che una comprensione migliore delle differenze tra le esplosioni di supernovae Tipo Ia aiuteranno gli astronomi a migliorare la loro conoscenza dell’energia oscura, una forza misteriosa che fa accelerare l’espansione del cosmo.

L’articolo originale è disponibile QUI.

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6 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Supernova in collisione
    Un team di astronomi del Caltech che lavora ad un sistema di osservazione automatizzato chiamato intermediate Palomar Transient Factory ha scoperto una nuova supernova di tipo Ia che suggerisce la possibilità di due distinte popolazioni per questo tipo di sorgenti
    di Elisa Nichelli

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    Simulazione dei detriti in espansione di una supenova (in rosso) mentre distrugge una stella vicina (in blu). Crediti: Daniel Kasen, Berkeley Lab/ UC Berkeley


    Le supernovae di tipo Ia sono uno dei fenomeni più brillanti dell’Universo, e vengono prodotte quando piccole stelle dense chiamate nane bianche esplodono con feroce intensità. Alla loro massima luminosità, queste supernovae possono brillare più intensamente di un’intera galassia. Anche se sono state osservate migliaia di supernovae di questo tipo negli ultimi decenni, il processo attraverso il quale una nana bianca produce un tale bagliore è ancora poco chiaro.


    Un po’ di chiarezza si è cominciata ad avere a partire dal 3 maggio 2014, quando un gruppo di astronomi del Caltech che lavorano ad un sistema di osservazione robotico denominato intermediate Palomar Transient Factory (iPTF, una collaborazione tra più istituti guidata da Shrinivas Kulkarni, Professore di Astronomia e Scienze Planetarie supportato dalla fondazione MacArthur e direttore dei Caltech Optical Observatories) hanno scoperto una supernova di tipo Ia identificata dalla sigla iPTF14atg nella galassia IC 831, a circa 300 milioni di anni luce di distanza da noi.


    I dati raccolti dal team di iPTF supportano una delle due teorie in competizione circa l’origine delle supernovae Ia, e suggeriscono la possibilità che ci siano due distinte popolazioni di questo tipo di sorgenti. I dettagli sono descritti in un articolo che verrà pubblicato sulla rivista Nature nel numero del 21 maggio prossimo, con primo autore Yi Cao, dottorando presso il Caltech.


    Le supernovae di tipo Ia sono note agli scienziati come “candele standard” poiché permettono di misurare le distanze cosmiche, in quanto ci sono buone ragioni di credere che abbiano tutte la stessa luminosità assoluta, e quindi a seconda di quanto appaiono deboli è possibile stimare la loro distanza. È come sapere che la stessa lampadina posta a un km di distanza appare 100 volte più debole se si trova a 100 metri di distanza da noi. Questa caratteristica è ciò che ha reso le supernovae Ia strumenti capaci di misurare l’aumento di espansione dell’Universo nel 1990, garantendo a tre scienziati il ​​Premio Nobel per la Fisica nel 2011.


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    Rappresentazione artistica dell’innesco di una supernova di tipo Ia nel caso del modello “doppio degenere”. Crediti: NASA/CXC/M Weiss


    Ci sono due teorie in competizione circa l’origine di questi oggetti, entrambe iniziano dallo stesso scenario: la nana bianca destinata ad esplodere fa parte di una coppia di stelle che orbitano attorno ad un comune centro di massa. L’interazione tra queste due stelle, dicono le teorie, è responsabile dell’innesco dell’esplosione di supernova. Qual è la natura di questa interazione? Su questo punto le teorie divergono.


    Secondo una teoria, il cosiddetto modello “doppio degenere“, la compagna della nana bianca prossima all’esplosione è un’altra nana bianca, e l’esplosione della supernova si innesca quando i due oggetti si fondono uno nell’altro.


    Nella seconda teoria, il modello “singolo degenere“, la seconda stella è simile al Sole o una gigante rossa. In questo modello la forza di gravità della nana bianca attira a sé il materiale della seconda stella. Questo processo aumenta la temperatura e la pressione nel centro della nana bianca fino ad innescare una reazione di tipo runaway, un caso particolare di feedback positivo durante il quale il sistema si sposta in modo critico dalla condizione di equilibrio, e può terminare in un’esplosione.


    Allegato 11710
    Rappresentazione artistica dell’innesco di una supernova di tipo Ia secondo il modello “singolo degenere”. Crediti: NASA/CXC/M Weiss


    La difficoltà nel determinare quale modello sia quello corretto deriva dal fatto che queste supernovae sono molto rare (si verificano circa una volta ogni qualche secolo nella nostra galassia) e che le stelle progenitrici sono molto deboli prima che avvengano le esplosioni.


    È qui che entra in gioco l’iPTF. Dalla cima del Monte Palomar nel sud della California, dove si trova il Samuel Oschin Telescope da 1.22 metri, la camera completamente automatizzata osserva nella banda ottica circa 1.000 gradi quadrati di cielo ogni notte (circa 1/20 del cielo visibile sopra l’orizzonte) alla ricerca di sorgenti transienti, ovvero la cui luminosità cambia su scale temporali che vanno da ore a giorni. Tra queste sorgenti ci sono anche le supernovae di tipo Ia.


    Il 3 maggio dello scorso anno l’iPTF ha raccolto immagini della galassia nota con il nome di IC 831 e ha poi trasmesso i dati perché i computer del National Energy Research Scientific Computing Center li analizzassero con un algoritmo di apprendimento automatico in grado di distinguere tra oggetti celesti e artefatti digitali. Siccome questa prima analisi è stata effettuata quando era notte negli Stati Uniti e pieno giorno in Europa, i collaboratori europei e israeliani del progetto sono stati i primi a vagliare i risultati in cerca di segnali intriganti. Dopo aver individuato una possibile supernova (un segnale che non era visibile nelle immagini scattate la sera precedente) i team hanno allertato i loro colleghi statunitensi, tra cui Yi Cao, dottorando del Caltech e membro dell’IPTF.


    Cao e i suoi colleghi hanno quindi mobilitato i telescopi terrestri e spaziali, incluso il satellite Swift della NASA, che ospita a bordo un telescopio a raggi ultravioletti (UV), perché dessero un’occhiata più da vicino della giovane supernova.
    «I miei colleghi ed io abbiamo trascorso molte notti insonni a progettare un sistema per la ricerca di emissione ultravioletta da giovani supernovae Ia», spiega Cao. «Come potete immaginare, mi sono entusiasmato moltissimo quando ho visto per la prima volta un punto luminoso nella posizione in cui si trovava la supernova. Sapevo che poteva trattarsi di quello che speravamo di trovare».


    La radiazione UV ha un’energia maggiore della luce visibile, per cui è particolarmente adatta all’osservazione di oggetti molto caldi come le supernovae, sebbene tali osservazioni siano possibili solo dallo spazio, dal momento che l’atmosfera assorbe quasi tutta la luce ultravioletta proveniente dall’Universo. Il telescopio a bordo di Swift ha misurato un bagliore di radiazione UV che è inizialmente diminuito, e che poi è tornato ad aumentare mentre la supernova si accendeva. Dal momento che un impulso di questo tipo ha una breve durata, può essere trascurato da indagini che osservano il cielo meno frequentemente di quanto non faccia l’iPTF.


    Questo tipo di bagliore ultravioletto è coerente con uno scenario in cui il materiale espulso da un’esplosione di supernova impatta contro la stella compagna generando un’onda d’urto che accende il materiale circostante. In altre parole, i dati sono in accordo con il modello “singolo degenere”.


    Nel 2010 Daniel Kasen, professore associato di Astronomia e Fisica presso l’Università di Berkeley e il Lawrence Berkeley National Laboratory, attraverso calcoli teorici e simulazioni ha previsto l’emissione di un impulso simile proveniente da collisioni tra supernovae e stelle compagne. «Dopo la mia previsione un sacco di gente ha cercato di catturare quel segnale», dice Kasen. «Questa è la prima volta che qualcuno l’ha effettivamente visto. Con questa osservazione si apre un nuovo modo di studiare le origini delle stelle che esplodono».


    Secondo Kulkarni la scoperta «fornisce la prova diretta dell’esistenza di una stella compagna in una supernova di tipo Ia, e dimostra che almeno alcuni tipi di queste supernovae provengono da uno scenario singolo degenere».


    Anche se i dati della supernova iPTF14atg supportano il modello che prevede un unico oggetto degenere, altre supernovae di tipo Ia potrebbero derivare da sistemi doppio degeneri. Ad esempio, le osservazioni del 2011 di SN2011fe, un’altra supernova di tipo Ia scoperta nella galassia M101 dalla PTF (il precursore della iPTF), sembravano escludere il modello singolo degenere per quella particolare supernova. Ciò significa che entrambe le teorie possono essere valide, dice Sterl Phinney, professore di Astrofisica Teorica al Caltech non coinvolto nella ricerca. «La notizia è che entrambi i modelli teorici sembrano essere giusti, e quindi esistono due tipi molto diversi di supernovae Ia».


    «Gli ingredienti essenziali per svelare la compagna di questa nana bianca sono stati la scoperta del segnale dalla supernova giovane da parte dell’iPTF e il rapido puntamento del satellite Swift. Ora dobbiamo ripetere questo tipo di osservazioni molte volte per determinare quale sia la frazione di supernovae Ia che consolida i due diversi modelli», dice Mansi Kasliwal, membro del team iPTF che si trasferirà presso la facoltà di Astronomia del Caltech nel settembre 2015.


    L’articolo su Nature è titolato: “Strong ultraviolet pulse from a newborn type Ia supernova”.


    L’articolo di Kasen del 2010 “Seeing the Collision of a Supernova with its Companion Star”: http://arxiv.org/abs/0909.0275

    Articolo originale QUI.

  2. @Red Hanuman, anche questa news l'avevo inserita nel portale un pò di giorni fa direttamente dal sito della NASA. E' inglobata con la scoperta di Kepler...QUI.
    Mi sa che dobbiamo metterci d'accordo meglio su come postare questi articoli, si sta facendo un pò di confusione , ma probabilmente la colpa è la mia che sono arrivato solo di recente e ho iniziato a postare le News sul portale.

  3. Citazione Originariamente Scritto da Enrico Corsaro Visualizza Messaggio
    @Red Hanuman, anche questa news l'avevo inserita nel portale un pò di giorni fa direttamente dal sito della NASA. E' inglobata con la scoperta di Kepler...QUI.
    Mi sa che dobbiamo metterci d'accordo meglio su come postare questi articoli, si sta facendo un pò di confusione , ma probabilmente la colpa è la mia che sono arrivato solo di recente e ho iniziato a postare le News sul portale.
    No, sono io che debbo fare più attenzione. Non ti preoccupare, provvedo subito....