L’anello mancante delle esplosioni stellari

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il Very Large Array (VLA), il Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) e l’InterPlanetary Network (IPN), un gruppo di astronomi guidati da Sayan Chakraborti dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ha trovato una sorta di “anello mancante”, a cui si dava la caccia ormai da molto tempo, che rappresenterebbe il collegamento tra le supernovae ordinarie, dove cioè non si ha emissione di alta energia sotto forma di raggi gamma, e quelle che invece producono raggi gamma (Gamma-Ray Burst, GRB). L’oggetto in questione, osservato nel 2012, mostra una serie di caratteristiche che sono compatibili con la presenza di un meccanismo che genera raggi gamma, anche se un tale evento non si è ancora verificato. I risultati su Astrophysical Journal.
«Si tratta di un risultato sorprendente che fornisce nuovi indizi sul meccanismo che si cela dietro a questi fenomeni violenti ed esplosivi», spiega Chakraborti. «Questo oggetto sembra trovarsi a metà strada tra i GRB e gli altri tipi di supernovae, il che implica l’esistenza di un’ampia varietà di fenomeni che caratterizzano queste esplosioni stellari».
Denominato con la sigla SN 2012ap, si tratta di una sorta di “supernova intermedia” prodotta dal collasso gravitazionale del suo nucleo. Questo evento catastrofico avviene quando le reazioni di fusione nucleare presenti nel nucleo di una stella molto massiccia non sono più in grado di fornire l’energia necessaria per controbilanciare la pressione degli strati più esterni della stella. Perciò, il nucleo collassa diventando o una stella di neutroni super densa oppure un buco nero. Il resto del materiale viene spazzato nel mezzo interstellare a seguito dell’esplosione stellare che dà luogo alla supernova.
Nel caso più comune di esplosione stellare, il materiale viene espulso nello spazio secondo un inviluppo, una specie di “bolla” con una simmetria quasi sferica, che si espande rapidamente anche se con una velocità molto inferiore a quella della luce. Questo evento non dà luogo all’emissione di raggi gamma. Esiste, però, una piccola percentuale di casi in cui il materiale che collassa finisce per formare un disco di accrescimento, di breve durata, che orbita attorno al residuo dell’esplosione stellare (stella di neutroni o buco nero). Questa struttura genera due getti di materia che si propagano verso l’esterno in direzione perpendicolare al disco e con velocità prossime a quella della luce. In questo caso, la presenza simultanea di un disco di accrescimento e di due getti, chiamata “motore centrale”, determina la produzione di raggi gamma.
Dunque, questo studio mostra che non tutti gli oggetti in cui è presente il “motore centrale” producono raggi gamma. «Questa supernova presentava inizialmente due getti relativistici che poi sono stati rallentati rapidamente, come quelli che vediamo nei lampi gamma», dice Alicia Soderberg del CfA e co-autrice dello studio. Infatti, un’altra supernova, osservata nel 2009 (SN 2009bb), presentava ancora dei getti relativistici che successivamente si sono propagati liberamente nello spazio, senza però essere rallentati come nel caso degli oggetti che emettono raggi gamma.
L’espansione libera osservata nella supernova SN 2009bb è simile a quanto viene osservato nelle esplosioni stellari che non presentano il “motore centrale” e ciò indica, molto probabilmente, che i suoi getti dovevano contenere una elevata percentuale di particelle pesanti, a differenza dei getti che caratterizzano i lampi gamma dove invece sono presenti particelle più leggere. Infatti, le particelle pesanti si fanno strada più facilmente attraverso il materiale che circonda la stella.
«Ciò che vediamo è che esiste un’ampia varietà di meccanismi presenti in questo tipo di esplosioni stellari. Quelle che sono caratterizzate da potenti ‘motori centrali’ e da particelle leggere emettono raggi gamma e, al contrario, quelle dove sono presenti ‘motori centrali’ più deboli e particelle pesanti non generano raggi gamma», concluce Chakraborti.
Insomma, lo studio di questa supernova peculiare SN 2012ap suggerisce che la natura del “motore centrale” gioca un ruolo fondamentale nel determinare le proprietà fisiche delle esplosioni stellari.
“L’articolo di Chakraborti e collaboratori – spiega Massimo Della Valle direttore dell’Osservatorio Astronomico di Capodimonte dell’INAF – è un lavoro interessante e rappresenta una conferma significativa, nell’ambito della connessione tra supernovae  e Gamma-ray Bursts (GRBs),  di uno scenario emerso negli ultimi anni, e cioè,  non esiste una separazione netta in classi e sottoclassi tra Supernovae associate a GRBs di alta luminosità, Supernovae associate a GRBs di bassa luminosità, Supernovae di tipo Ibc “iper-energetiche” e Supernovae Ibc “standard”, ma tutte queste diverse “famiglie” sono in realtà collegate attraverso un “continuo” di proprietà. Le ragioni per l’esistenza di questa variegata fenomenologia è uno degli argomenti “caldi” dell’ astrofisica dei GRBs, ed è probabilmente legato alla natura dei progenitori, alla loro massa iniziale, alla binarietà e ad altre variabili come perdita di massa, metallicità e a molto altro. Questi argomenti sono oggetto di vivaci discussioni, all’interno della comunità. Nella recente storia della connessione tra Supernovae e Gamma-ray bursts, ricordo un titolo simile: SN 2008D/XRF 080109: A Link Between Supernovae and GRBs/Hypernovae che sta ad indicare che questa idea, oggi brillantemente confermata da Chakraborti e collaboratori, era già emersa qualche anno fa.”
di Corrado Ruscica (INAF)

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