Quando le stelle raggiungono la fine del loro ciclo di vita, molti faranno esplodere i loro strati esterni in un processo esplosivo noto come supernova. Mentre gli astronomi hanno imparato molto su questi fenomeni, grazie a strumenti sofisticati che sono in grado di studiarli su più lunghezze d'onda, c'è ancora molto che non sappiamo delle supernovae e dei loro resti.
Ad esempio, ci sono ancora domande irrisolte sui meccanismi che alimentano le onde d'urto risultanti da una supernova. Tuttavia, un team internazionale di ricercatori ha recentemente utilizzato i dati ottenuti dall'Osservatorio a raggi X Chandra di una supernova vicina (SN1987A) e nuove simulazioni per misurare la temperatura degli atomi nell'onda d'urto risultante.
Lo studio, intitolato "Riscaldamento d'urto senza collisione di ioni pesanti nella SN 1987A", è apparso di recente sulla rivista scientifica Natura. Il team era guidato da Marco Miceli e Salvatore Orlando dell'Università di Palermo, Italia, ed era composto da membri dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), dell'Institute for Applied Problems in Mechanics and Mathematics, della Pennsylvania State e della Northwestern University .
Per motivi di studio, il team ha combinato le osservazioni di Chandra di SN 1987A con simulazioni per misurare la temperatura degli atomi nell'onda d'urto della supernova. In tal modo, il team ha confermato che la temperatura degli atomi è correlata al loro peso atomico, un risultato che risponde a una domanda di lunga data sulle onde d'urto e sui meccanismi che le alimentano.
Come ha affermato David Burrows, professore di astronomia e astrofisica a Penn State e coautore dello studio, in un comunicato stampa di Penn State:
“Le esplosioni di supernova e i loro resti forniscono laboratori cosmici che ci consentono di esplorare la fisica in condizioni estreme che non possono essere duplicate sulla Terra. I moderni telescopi e strumenti astronomici, sia terrestri che spaziali, ci hanno permesso di eseguire studi dettagliati sui resti di supernova nella nostra galassia e nelle galassie vicine. Abbiamo effettuato osservazioni regolari sul residuo della supernova SN1987A usando l'osservatorio a raggi X Chandra della NASA, il miglior telescopio a raggi X al mondo, sin da poco dopo il lancio di Chandra nel 1999, e abbiamo usato simulazioni per rispondere a domande di lunga data sulle onde d'urto. "
Quando le stelle più grandi subiscono il collasso gravitazionale, l'esplosione che ne risulta spinge il materiale verso l'esterno a velocità fino a un decimo della velocità della luce, spingendo le onde d'urto nel gas interstellare circostante. Dove l'onda d'urto incontra il gas che si muove lentamente intorno alla stella, hai il "fronte d'urto". Questa zona di transizione riscalda il gas freddo a milioni di gradi e porta all'emissione di raggi X che possono essere osservati.
Per qualche tempo, gli astronomi si sono interessati a questa regione dell'onda d'urto di una supernova, poiché segna la transizione tra la forza esplosiva di una stella morente e il gas circostante. Come Burrows lo ha paragonato:
“La transizione è simile a quella osservata in un lavello della cucina quando un flusso d'acqua ad alta velocità colpisce la vasca del lavandino, scorrendo uniformemente verso l'esterno fino a quando salta bruscamente in altezza e diventa turbolento. I fronti di shock sono stati ampiamente studiati nell'atmosfera terrestre, dove si verificano su una regione estremamente stretta. Ma nello spazio, le transizioni di shock sono graduali e potrebbero non influenzare gli atomi di tutti gli elementi allo stesso modo. "
Esaminando le temperature di diversi elementi dietro il fronte d'urto di una supernova, gli astronomi sperano di migliorare la nostra comprensione della fisica del processo d'urto. Mentre ci si aspettava che le temperature degli elementi fossero proporzionali al loro peso atomico, ottenere misurazioni accurate è stato difficile. Non solo studi precedenti hanno portato a risultati contrastanti, ma hanno anche omesso di includere gli elementi pesanti nelle loro analisi.
Per ovviare a questo, il team ha esaminato la Supernova SN1987A, che si trova nella Grande Magellanic Cloud e divenne evidente per la prima volta nel 1987. Oltre ad essere la prima supernova che era visibile ad occhio nudo dalla Supernova di Keplero (1604), era la primo ad essere studiato in tutte le lunghezze d'onda della luce (dalle onde radio ai raggi X e alle onde gamma) con i moderni telescopi.
Mentre i modelli precedenti di SN 1987A si basavano in genere su singole osservazioni, il team di ricerca ha utilizzato simulazioni numeriche tridimensionali per mostrare l'evoluzione della supernova. Hanno quindi confrontato questi con le osservazioni ai raggi X fornite da Chandra per misurare accuratamente le temperature atomiche, confermando le loro aspettative.
"Ora possiamo misurare accuratamente le temperature di elementi pesanti come il silicio e il ferro e abbiamo dimostrato che effettivamente seguono la relazione secondo cui la temperatura di ciascun elemento è proporzionale al peso atomico di quell'elemento", ha affermato Burrows. "Questo risultato risolve un problema importante nella comprensione delle onde d'urto astrofisiche e migliora la nostra comprensione del processo di shock".
Quest'ultimo studio rappresenta un passo significativo per gli astronomi, avvicinandoli alla comprensione della meccanica di una supernova. Svelando i loro segreti, impariamo di più su un processo che è fondamentale per l'evoluzione cosmica, che è come la morte delle stelle ha un impatto sull'universo circostante.
