TITANIO RADIOATTIVO USATO COME “TRACCIANTE”

Supernove a forma di pera

L’esplosione di SN 1987A è stata asimmetrica. Lo confermano le osservazioni compiute dal satellite NuSTAR. Una scoperta che potrebbe aiutare a capire perché alcune supernove collassino in stelle di neutroni e altre in buchi neri. Anche due ricercatori INAF nello studio pubblicato su Science

Rappresentazione schematica della distribuzione asimmetrica della materia nella supernova. Crediti: NASA/JPL-Caltech/UC Berkeley

Quali sembianze assume una stella quando esplode? L’intuito direbbe una sfera. E invece no, o almeno non sempre: i dati raccolti dal telescopio spaziale per raggi X NuSTAR della NASA mostrano con chiarezza come la materia della supernova 1987A sia distribuita in modo tutt’altro che uniforme. Un fenomeno, questo, predetto dai modelli elaborati al computer egià intravisto in passato, sempre da NuSTAR, studiando un’altra supernova: Cassiopeia A. Ma che la lunga campagna osservativa – oltre 720 ore – condotta, fra settembre 2012 e luglio 2014, con gli occhi puntati sulle righe d’emissione d’un isotopo del titanio (il titanio-44) provenienti da SN 1987A conferma ora in modo inequivocabile. I risultati in uno studio, pubblicato oggi su Science, che vede fra i coautori anche Matteo Perri e Simonetta Puccetti, entrambi dell’INAF -Osservatorio Astronomico di Roma e dello Science Data Center dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASDC), e Paolo Giommi, responsabile del centro ASDC.

«L’analisi spettroscopica delle righe di emissione del titanio-44 mostra che l’esplosione della supernova è stata asimmetrica», dice Perri, che insieme a Puccetti ha sviluppato, in collaborazione con il team NuSTAR del Caltech, il software per l’analisi scientifica dei dati del telescopio spaziale. «Con i risultati ottenuti su SN1987A e Cassiopeia A», aggiunge Puccetti, «NuSTAR sta dando un importante contributo per comprendere le fasi finali dell’evoluzione delle stelle esplose».

Ed è proprio questo il punto cruciale della scoperta: l’interesse per l’asimmetria osservata nell’esplosione di SN 1987A non sta, infatti, nella sua forma bizzarra, bensì nei processi fisici che vi sono all’origine. Processi che sembrerebbero riguardare non solo SN 1987A e Cassiopea A, ma più in generale le supernove di tipo II, le cosiddette core collapse (ovvero, a collasso nucleare). Processi la cui comprensione potrebbe aiutare a rispondere, sostiene un fisico teorico del Caltech come Christian Ott, a uno fra gli interrogativi più affascinanti attorno alla morte delle stelle, ovvero cosa determini il diverso esito – stella di neutroni o buco nero – del collasso di queste supernove.

Insomma, la posta teorica in gioco è altissima. Tornando a noi, però, ciò che emerge dall’odierno articolo su Science è l’ingegnosità della campagna osservativa e della successiva analisi dati. Partiamo dunque dall’inizio, da quell’esplosione la cui luce è giunta a noi nel 1987, ma che risale in realtà a 168mila anni fa – tale è infatti il tempo che, viaggiando alla velocità della luce, i fotoni emessi dalla supernova hanno impiegato per arrivare sulla Terra. Fotoni, ma non solo: in loro compagnia, anziqualche ora avanti, viaggiavano anche parecchi neutrini, 24 dei quali finirono nelle maglie di tre osservatori terrestri. Neutrini che segnarono la storia dell’astronomia: furono infatti i primi mai osservati provenienti da un’esplosione di supernova.

Ebbene, dai modelli messi a punto al Caltech pare che sia proprio la pressione esercitata dai neutrini a perturbare, con la sua onda d’urto, la perfetta forma sferica iniziale del nucleo della stella. Perturbazione senza la quale la supernova potrebbe addirittura non esserci. «Se fai tutto bello sferico», rivela infatti l’astrofisica del Caltech Fiona Harrison, responsabile di NuSTAR e coautrice dell’articolo, riferendosi ai parametri delle simulazioni al computer, «il nucleo non esplode. Quello che salta fuori è che, per far esplodere la stella, c’è bisogno delle asimmetrie».

Perri

Questo per quanto riguarda le simulazioni, d’accordo. Ma come cercarle, queste asimmetrie, su esplosioni avvenute a centinaia di migliaia di anni luce da noi? Il team di NuSTAR c’è riuscito osservando il redshift delle due righe d’emissione – quella a 67.87 keV e quella a 78.32 keV – del titanio-44. Isotopo radioattivo sintetizzato dalla stessa supernova, il titanio-44 è in grado di funzionare da “tracciante” ideale, visto che le sue due righe cadono entrambe (seppure di poco) all’interno dell’intervallo d’energie alle quali lo spettroscopio di NuSTAR è sensibile. Il risultato non ha lasciato dubbi: lassù la materia s’è mossa – a velocità elevatissime, migliaia di km al secondo – in modo non uniforme. Per la precisione, quella che è stata sparata in direzione opposta rispetto a noi osservatori (dunque s’è allontanata, spostando le righe verso il rosso) è in quantità significativamente superiore a quella che s’è avvicinata (spostando le righe verso il blu). Innescando così, ipotizzano gli scienziati del team, una sorta di rinculo: l’esplosione da una parte, il collasso in un invisibile oggetto compatto dall’altra.

Per saperne di più:

  • Leggi su Science l’articolo “44Ti gamma-ray emission lines from SN1987A reveal an asymmetric explosion”, di S. E. Boggs, F. A. Harrison, H. Miyasaka, B. W. Grefenstette, A. Zoglauer, C. L. Fryer, S. P. Reynolds, D. M. Alexander, H. An, D. Barret, F. E. Christensen, W. W. Craig, K. Forster, P. Giommi, C. J. Hailey, A. Hornstrup, T. Kitaguchi, J. E. Koglin, K. K. Madsen, P. H. Mao, K. Mori, M. Perri, M. J. Pivovaroff, S. Puccetti, V. Rana, D. Stern, N. J. Westergaard, W. W. Zhang
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