Emissione da record per la pulsar del Granchio

È l’emissione più energetica mai osservata finora dalla pulsar che si trova al centro della nebulosa del Granchio, nella costellazione del Toro, e situata a circa 6.000 anni luce da noi. A scoprire questo flusso di radiazione pulsata, dalla straordinaria energia di oltre mille miliardi di volte quella associata alla radiazione nella luce visibile, è stato un team internazionale di astrofisici grazie alle osservazioni di MAGIC, due dei più grandi telescopi per raggi gamma al mondo situati sull’isola La Palma alle Canarie, a cui per l’Italia collaborano l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).
Sia la pulsar che la nebulosa del Granchio sono di recente formazione in quanto sono i resti di una supernova esplosa nel 1054. Le pulsar, conosciute anche con il nome di stelle di neutroni, concentrano una volta e mezzo la massa del Sole in una sfera di diametro di appena 10 chilometri. La pulsar del Granchio (Crab in inglese) ruota 30 volte al secondo intorno al proprio asse ed è circondata da un campo magnetico estremamente intenso e questo fa sì che emetta un intenso segnale pulsato fino alle frequenze più alte (raggi X e raggi gamma). Tuttavia finora si pensava che alle più alte energie questa emissione pulsata non dovesse più avvenire. Ma le osservazioni di MAGIC durate oltre 300 ore complessive tra ottobre 2007 e aprile 2014 ci hanno restituito una visione completamente nuova della pulsar del Granchio nei raggi gamma.
«Questa scoperta rappresenta un ulteriore risultato importante ottenuto da MAGIC su questo oggetto celeste che, nonostante sia tra i più conosciuti e studiati del cielo, continua a stupirci con nuovi e inaspettati fenomeni», dice Angelo Antonelli dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma e ASI Science Data Center, responsabile INAF presso la collaborazione MAGIC. Barbara De Lotto, responsabile nazionale di MAGIC per l’INFN e docente dell’Università di Udine, aggiunge: «Fin dall’inizio nel 2004 MAGIC ha osservato la nebulosa e la pulsar del Granchio, rivelandone nuovi e sconosciuti aspetti. Questo risultato, particolarmente importante perché evidenzia la produzione di energie molto più alte di quanto si pensasse da parte di questa sorgente della nostra galassia,conferma la leadership di MAGIC fra i telescopi gamma».
Già nel 2011 era stata scoperta dagli osservatori MAGIC e VERITAS una inattesa emissione di fotoni molto energetici da questa sorgente. Per indagare meglio questo inatteso fenomeno, un gruppo di scienziati del team MAGIC guidati da Emma de Oña Wilhelmidell’Istituto di Scienze Spaziali di Barcellona (CEIE-CSIC), ha recentemente condotto accurate osservazioni della pulsar del Granchio, riuscendo a misurare l’energia massima dei fotoni emessi con un ritmo pulsato. «Queste nuove osservazioni hanno mostrato che l’emissione nei raggi gamma della pulsar del Granchio si spinge ad energie ancora più elevate, ben cento volte maggiori delle precedenti misure», dice Roberta Zanin, ricercatrice all’Università di Barcellona, che ha partecipato allo studio pubblicato in un articolo sulla rivista Astronomy&Astrophysics. «Una scoperta che fa vacillare i processi fisici finora ritenuti responsabili della produzione di radiazione così altamente energetica nelle stelle di neutroni».
I fotoni provengono da due fasci ben collimati che, secondo le teorie attuali, dovrebbero essere prodotti lontano dalla superficie della stella di neutroni: in prossimità del confine esterno della sua magnetosfera o al di fuori di essa, nel vento ultra-relativistico di particelle che avvolgono la pulsar. Ma sorprendentemente, osservazioni in differenti bande hanno rivelato che i fasci di altissima energia arrivano allo stesso tempo di quelli nei raggi X o nella banda radio che, sempre stando alla nostre attuali conoscenze, dovrebbero essere invece prodotti all’interno della magnetosfera. Dunque l’arrivo sincronizzato delle differenti emissioni della radiazione dalla pulsar può indicarci o che tutta la radiazione viene prodotta all’interno di una regione molto piccola, o che gli elettroni responsabili della produzione di radiazione di più alta energia mantengono in qualche modo memoria della radiazione emessa ad energia più bassa. «Dove e come questa emissione di altissima energia si crei rimane ancora sconosciuto e difficile da conciliare con le teorie standard dei plasmi», dice Mirzoyan Razmik, del Max Planck Institute of Physics (MPP) a Monaco, rappresentante della collaborazione internazionale MAGIC. «Quei fotoni dovrebbero essere il prodotto dell’annichilazione di coppie di elettroni e positroni (le antiparticelle degli elettroni) attorno del stella di neutroni dovuta all’intenso campo magnetico, dopo che le particelle sono state accelerate a velocità relativistiche. Tuttavia capire come e dove questo effetto si verifica – ovvero in una regione così piccola – sfida ancora le nostre conoscenze».
Per saperne di più:
Il comunicato stampa congiunto INAF-INFN
l’articolo “Teraelectronvolt pulsed emission from the Crab Pulsar detected by MAGIC” a firma dei ricercatori della collaborazione MAGIC, sulla rivista Astronomy&Astrophysics
il sito web dell’esperimento MAGIC
di Marco Galliani (INAF)

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La Nebulosa Tulipano

La Nebulosa Tulipano (nota anche come Sh2-101) è una nebulosa a emissione visibile nella costellazione del Cigno. Si individua nella parte centro-meridionale della costellazione, al centro di un tratto della Via Lattea molto luminoso e ricco di campi stellari; si trova circa 45′ a nordest della stella η Cygni e si estende per una ventina di primi in senso NE-SW. Possiede una forma allungata e irregolare; il periodo migliore per la sua osservazione nel cielo serale ricade fra i mesi di giugno e novembre. Si tratta di una grande regione H II situata sul tratto iniziale del Braccio di Orione a circa 2700 parsec (8750 anni luce) di distanza dal sistema solare, al di là del grande complesso nebuloso di Cygnus X, dal quale disterebbe non più di 500 parsec. Tale distanza coincide con quella stimata per l’associazione OB Cygnus OB3, che contiene una trentina di stelle massicce delle prime classi spettrali con un’età di circa 8,3 milioni di anni. Si ritiene che la sorgente della radiazione ionizzante i gas della nebulosa sia la stella HD 227018, una gigante blu di classe O6.5III e una magnitudine apparente pari a 9,01.Secondo il catalogo Avedisova la nebulosa ospiterebbe alcuni fenomeni attivi di formazione stellare, come sarebbe testimoniato dalla presenza di quattro sorgenti di radiazione infrarossa riportate sul catalogo dell’IRAS: IRAS 19581+3504, IRAS 19579+3509, IRAS 19584+3506 e IRAS 19584+3515, oltre ad alcune sorgenti di onde radio.

Il Sacco di Carbone sta per andare a fuoco

Chiazze scure cancellano quasi completamente le stelle da un pezzetto di cielo, in questa immagine catturata dalla camera WFI (Wide Field Imager), installata sul telescopio da 2,2 metri dell’MPG/ESO all’Osservatorio dell’ESO di La Silla in Cile. Le zone nere come l’inchiostro fanno parte di un’enorme nebulosa oscura nota come il Sacco di Carbone, uno degli oggetti di questo tipo più facilmente visibili a occhio nudo. Tra milioni di anni, alcuni brandelli della Nebulosa si accenderanno, un po’ come l’omonimo combustibile fossile, grazie al bagliore di molte giovani stelle. La nebulosa Sacco di Carbone si trova a circa 600 anni luce dalla Terra, nella costellazione della Croce del Sud. Questo enorme oggetto cupo si staglia chiaramente contro la fascia stellata della Via Lattea e per questo motivo la nebulosa è ben nota agli abitanti dell’emisfero meridionale fin dai primordi dell’umanità. L’esploratore spagnolo Vicente Yáñez Pinzón riportò per primo in Europa nel 1499 la notizia dell’esistenza della Nebulosa Sacco di Carbone, che successivamente prese il soprannome di Nebulosa Oscura di Magellano, un gioco di parole sul suo aspetto scuro rispetto alle due Nubi di Magellano, che sono in realtà piccole galassie satelliti della Via Lattea. Le due galassie luminose sono chiaramente visibili nel cielo australe e furono rese note agli europei durante l’esplorazione di Ferdinando Magellano nel sedicesimo secolo. Invece la Sacco di Carbone non è una galassia. Come le altre nebulose oscure è una nube di polvere interstellare così fitta da impedire alla maggior parte della luce stellare di fondo di raggiungerci. Molte delle particelle di polvere delle nebulose oscure sono ricoperte da strati ghiacciati di acqua, azoto, monossido di carbonio e altre semplici molecole organiche. I grani che ne risultano impediscono alla luce di attraversare la nube cosmica. Per capire quanto sia veramente scura la Sacco di Carbone, l’astronomo finlandese Kalevi Mattila pubblicò, intorno al 1970, uno studio che stima che la sua luminosità è solo il 10% della zona di Via Lattea che la circonda. Un po’ di luce del fondo riesce comunque a passare attraverso la nebulosa, come si vede nella recente immagine dell’ESO e in altre osservazioni effettuate con i moderni telescopi. La poca luce che riesce a passare non arriva inalterata. La luce che vediamo in quest’immagine appare più rossa di quanto sarebbe normalmente. Ciò accade perché la polvere nelle nebulose oscure assorbe e diffonde la luce blu delle stelle più di quanto faccia con la loro luce rossa, colorando di tinte cremisi le stelle. Tra milioni di anni i giorni oscuri della Nebulosa Sacco di Carbone finiranno. Le nebulose interstellari dense come la Sacco di Carbone contengono molta polvere e gas – il carburante per nuove stelle. Quando i vari pezzi di materiale disperso nella Nebulosa Sacco di Carbone si saranno uniti a causa della reciproca attrazione gravitazionale, le stelle si accenderanno e i pezzetti di carbone della Nebulosa bruceranno, quasi come se fossero sfiorati da una fiamma.
Redazione Media Inaf

Revival della Nebulosa Velo

Questa meravigliosa immagine scattata dal telescopio Hubble (NASA/ESA) ritrae una piccola sezione della Nebulosa Velo, osservata già 18 anni fa – nel 1997. Questa sezione del guscio esterno del famoso resto di supernova si trova in una regione conosciuta come NGC 6960 o – più colloquialmente – Nebulosa Scopa della strega. Dopo 18 anni, quindi, gli esperti sono tornati a fotografare la stessa regione con la Wide Field Camera 3 (WFC3) osservando la sezione con maggiori dettagli rispetto agli anni Novanta e rivelando la sua espansione negli ultimi anni.

Crediti: NASA, ESA, Hubble Heritage Team

Il nome “velo” deriva dalla sua struttura filamentosa particolarmente delicata (almeno in apparenza). La Nebulosa Velo è un antico resto di supernova e la stella che ha originato il tutto è esplosa 8000 anni fa: la stella in questione aveva 20 volte la massa del Sole e si trovava a 2100 anni luce dalla Terra nella costellazione del Cigno. Questa nuvola colorata si espande per circa 110 anni luce. L’immagine del 1997 è stata scattata con la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2). Dopo 18 anni, sovrapponendo lo scatto di WFPC2 con quello di WFC3, gli esperti hanno avuto la conferma della sua espansione. Nonostante la complessità della nebulosa e la sua distanza da noi, il movimento di alcune delle sue strutture è chiaramente visibile – in particolare i deboli filamenti di idrogeno che nell’immagine sono di colore rosso. Gli astronomi sospettano che prima dell’esplosione, la stella abbia generato un forte vento stellare, che soffiando ha creato una grande cavità nel gas interstellare circostante. E’ stata l’onda d’urto dalla supernova, espandendosi verso l’esterno, che ha formato le strutture distintive della nebulosa. I filamenti luminosi che possiamo ammirare in queste immagini sono il frutto dell’interazione dell’onda d’urto con questa intercapedine relativamente densa. I meravigliosi colori sono stati generati dalle variazioni di temperatura e densità degli elementi chimici presenti nella nebulosa. I filamenti blu delineano questa cavità creata dal vento stellare. Noscoste tra queste strutture luminose, ci sono i filamenti rossi sottili e “taglienti”, vale a dire emissioni di idrogeno più deboli, create attraverso un meccanismo completamente diverso da quello che genera i filamenti rossi più morbidi, e forniscono agli scienziati un’istantanea della portata dell’urto.
di Eleonora Ferroni (INAF)

I segreti della nebulosa Gambero (Gum 56)

Ciò che domina questa immagine è una parte della gigantesca nebulosa Gum 56, illuminata dalle giovani stelle brillanti che sono nate al suo interno. Per milioni di anni le stelle sono state create a partire dal gas di questa nebulosa, materiale che viene più tardi restituito all’incubatrice stellare quando le stelle invecchiando lo rilasciano con calma nello spazio oppure più drammaticamente lo espellono con esplosioni di supernova. Questa immagine, che fa vedere solo parte della nebulosa, è stata ottenuta con il telescopio da 2,2 metri dell’MPG/ESO usando la camera WFI (Wide Field Imager) nell’ambito del programma Gemme Cosmiche dell’ESO. Il programma sfrutta il tempo di telescopio altrimenti inutilizzato per osservazioni scientifiche allo scopo di produrre immagini di oggetti interessanti o anche semplicemente belli. Tutti i dati raccolti potrebbero comunque essere utili per scopi scientifici e perciò sono disponibili agli astronomi attraverso l’archivio scientifico dell’ESO. La nebulosa si trova a una distanza di circa 6000 anni luce dalla Terra nella costellazione dello Scorpione, dove la sua dimensione apparente è di quasi quattro volte il diametro della Luna piena. Immersi nei recessi di questa enorme incubatrice stellare si trovano tre ammassi di giovani stelle calde – stelle di appena qualche milione di anni – che risplendono di luce ultravioletta.

Questo prezioso ricamo di nubi di gas fa parte di un'enorme incubatrice stellare nota come Nebulosa Gambero (o anche Gum 56 o IC 4628). Presa con il telescopio da 2,2 metri dell'MPG/ESO all'Osservatorio di La Silla in Cile, questa è proabilmente una delle più belle immagini di quest'oggetto. Crediti: ESO

È proprio la luce di queste stelle che fa brillare le nubi di gas della nebulosa. La radiazione strappa gli elettroni agli atomi – un processo noto come ionizzazione – che quando si ricombinano rilasciano energia sotto forma di luce. Ogni elemento chimico emette luce a un colore caratteristico e le grandi nubi di idrogeno della nebulosa sono la causa del loro intenso colore rosso cupo. Gum 56 – nota anche come IC 4628 o con il soprannome di Nebulosa “Gambero” – prende il nome dall’astronomo australiano Colin Stanley Gum che, nel 1955, pubblicò un catalogo di regioni H II. Le regioni H II come Gum 56 sono enormi nubi che contengono idrogeno ionizzato a bassa densità. Gran parte della ionizzazione di Gum 56 è prodotta da due stelle di tipo O, stelle bianco-azzurre e molto calde, note anche come giganti blu a causa del loro colore. Questo tipo di stelle è raro nell’Universo poiché la loro grande massa implica che non vivono a lungo. Tra appena un milione di anni queste stelle inizieranno a collassare su se stesse e termineranno la loro vita come supernove, così come accadrà a molte delle stelle massicce all’interno della nebulosa. Oltre alle molte stelle neonate ancora rincantucciate nella nebulosa, questa vasta regione è piena di polvere e gas a sufficienza per creare una nuova generazione di stelle. Le regioni della nebulosa che daranno vita a queste nuove stelle sono visibili nell’immagine come nubi dense. La materia che forma le stelle include anche i resti delle stelle più massicce della generazione precedente che hanno concluso la loro vita con una violenta esplosione di supernova rilasciando così il loro materiale. Così il ciclo della vita e della morte delle stelle continua. Date le due insolite giganti blu nell’area e la luminosità della nebulosa a lunghezze d’onda radio e infrarosse, è quasi sorprendente che questa regione di cielo sia stata studiata relativamente poco dagli astronomi professionisti. Gum 56 ha un diametro di circa 250 anni luce, ma nonostante la sua vastità è spesso sfuggita agli osservatori a causa della sua debolezza e al fatto che la maggior parte della luce viene emessa a lunghezze non visibili dall’occhio umano. FOTO: questo prezioso ricamo di nubi di gas fa parte di un’enorme incubatrice stellare nota come Nebulosa Gambero (o anche Gum 56 o IC 4628). Presa con il telescopio da 2,2 metri dell’MPG/ESO all’Osservatorio di La Silla in Cile, questa è proabilmente una delle più belle immagini di quest’oggetto. Crediti: ESO

Redazione Media Inaf

Hubble: ali di farfalla (nebulosa Twin Jet)

Hubble Space Telescope ci regala una nuova e straordinaria immagine: un ritratto a colori scintillanti della nebulosa Twin Jet. Lo scatto ci mostra con una capacità di dettaglio sorprendente come il gas vada espandendosi dal centro alla periferia disegnando apparentemente due gigantesche ali di farfalla. Un battito iridescente di materiali che vanno allontanandosi dal sistema centrale e composti da enormi getti di gas che si muovono a velocità superiori al milione di chilometri orari. La nebulosa Twin Jet è conosciuta anche con la sigla PN M2-9, dove la M sta per Rudolph Minkwsli, l’astronomo cui si deve la sua scoperta nel 1947. Le lettere PN ci ricordano, invece, che M2-9 è una nebulosa planetaria. Le due ali incandescenti sono l’immagine più vivida della fine di una stella, che ha ormai espulso non solo i suoi strati più esterni, ma lo stesso nucleo, dando vita allo spettacolo a colori cui assistiamo osservando questa immagine (vedi MediaINAF).

Crediti: ESA / Hubble & NASA.

Oltre a essere una nebulosa planetaria, Twin Jet è anche una nebulosa bipolare. Ha quindi avuto origine da un sistema binario di stelle. Che in questo caso hanno ciascuna una massa simile al Sole. La più piccola ha una massa compresa fra 0,6 e 1,0 masse solari. La maggiore fra 1,0 e 1,4. È questa seconda ad aver espulso i suoi gas nello spazio, mentre la prima si è ulteriormente evoluta in una nana bianca. La caratteristica forma ad ali di farfalla è invece causata con tutta probabilità dal moto rotatorio delle due stelle attorno al centro comune. La nebulosa ha un’età approssimativa di 1200 anni. Il sistema binario ha un periodo di rotazione di circa 100 anni. Questo movimento reciproco delle due stelle è la causa principale dei due getti di materiale gassoso, come pure del disco di materiali che orbita intorno alle stelle e che si estende per una lunghezza nello spazio pari a 15 volte l’orbita d Plutone. Un disco gigantesco, e tuttavia non abbastanza grande da risultare visibile nell’immagine scattata da Hubble. FOTO: Crediti ESA / Hubble & NASA.
di Davide Coero Borga (INAF)

Venature d’idrogeno sulle ali della Farfalla

Un gruppo di ricercatori del National Optical Astronomy Observatory (NOAO) statunitense, tra cui l’italiana Letizia Stanghellini, utilizzando il telescopio da 8 metri Gemini Sud posizionato in Cile, hanno ottenuto l’immagine a più alta risoluzione mai acquisita della nebulosa planetaria NGC 2346. Scoperta da William Herschel nel 1785, questa nebulosa bipolare si trova a una distanza di 2.300 anni luce dal nostro Sole, in direzione della Costellazione dell’Unicorno, ed è nota anche come Nebulosa Farfalla per la sua forma a clessidra. Le nuove osservazioni della Nebulosa Farfalla mostrano dettagli sulle “ali” di dimensioni paragonabili a quelle del nostro sistema solare, veramente minuscoli in scala astronomica. Nell’immagine si possono apprezzare particolari di nodi e filamenti di idrogeno molecolare che nessun altro telescopio a terra o nello spazio è stato finora in grado di rendere in maniera così nitida. In effetti, l’idrogeno molecolare nei lobi bipolari di NGC 2346 è stato individuato quasi 30 anni fa, anche se precedenti osservazioni suggerivano che fosse disposto in una forma compatta a ciambella. La struttura filamentosa osservata nelle nuove immagini corrisponde al meccanismo di formazione che lo stesso team di ricerca ha proposto, un modello che descrive come una bolla calda di gas attorno alla stella centrale scoppi e frammenti di conseguenza il guscio di gas circostante. I nodi di gas rappresentano probabilmente un fenomeno comune che si verifica quando due fluidi di diversa densità vengono in contatto, e il liquido più leggero spinge sul fluido più pesante. Gli autori hanno sviluppato simulazioni al computer per capire come dovrebbe avvenire l’interazione tra i gas a diverse densità, producendo un filmato che ne mostra l’evoluzione nel tempo. «Questo film ci mostra in sequenza i risultati del modello in un periodo di circa 9.000 anni», spiega Arturo Manchado del NOAO, primo autore dello studio. «Il colore blu corrisponde con l’emissione dell’idrogeno molecolare. L’animazione parte da un toroide iniziale di gas freddo all’equatore, che diventa sempre meno visibile mano a mano che il suo involucro esterno si frammenta, lasciando dietro solo gli aggregati più grandi». Prima di arrivare alle fasi finali del suo ciclo di vita e trasformarsi in “farfalla”, NGC 2346 era un sistema stellare doppio, con due grossi soli a ruotare attorno al comune centro di massa. La più massiccia delle due stelle ha esaurito il suo carburante più velocemente della sua compagna di massa inferiore, gonfiandosi prima in gigante rossa, e poi perdendo mano a mano gli strati più esterni fino a diventare una nana bianca, con una massa compresa tra 0,3 e 0,7 volte quella del Sole. La forma simmetrica della ali di farfalla di questa nebulosa bipolare è stata probabilmente scolpita dalla coppia di stella, anche se questa ipotesi è ancora da confermare. Con un periodo orbitale di 16 giorni, le due stelle si trovano più vicine di quanto il Sole lo sia a Mercurio. Le osservazioni sono state effettuate con il nuovo sistema per ottenere immagini nella banda del vicino infrarosso dotato di ottica adattiva del telescopio Gemini sud durante la fase di test iniziale di questo strumento. L’ottica adattiva è una nuova tecnica che permette la correzione in tempo reale dello “sfarfallio” delle immagini astronomiche causato dalla turbolenza dell’atmosfera terrestre.
di Stefano Parisini (INAF)

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