Un team internazionale di scienziati ha scoperto nuove informazioni sui resti di una stella la cui esplosione è stata scoperta 450 anni fa. I risultati hanno fornito nuovi indizi su come le condizioni nelle onde d’urto create da esplosioni stellari titaniche, chiamate supernove, accelerino le particelle quasi alla velocità della luce.
Il residuo di supernova si chiama Tycho, dal nome dell’astronomo danese Tycho Brahe, che notò il bagliore luminoso di questa nuova “stella” nella costellazione di Cassiopea nel 1572. Nel nuovo studio, gli astronomi hanno usato l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA per studia i raggi X polarizzati dal resto della supernova di Tycho.
IXPE ha rivelato, per la prima volta, la geometria dei campi magnetici vicini all’onda d’urto, che si sta ancora propagando dall’esplosione iniziale e forma un confine attorno al materiale espulso. Comprendere la geometria del campo magnetico consente agli scienziati di indagare ulteriormente su come le particelle vengono accelerate lì.
“Come una delle cosiddette supernove storiche, Tycho è stata osservata dall’umanità in passato e ha avuto un impatto sociale e persino artistico duraturo“, ha affermato il dott. Riccardo Ferrazzoli, ricercatore presso l’Istituto nazionale di astrofisica di Roma, che collabora con la NASA nella missione IXPE. “È emozionante essere qui, 450 anni dopo la sua prima apparizione nel cielo, rivedere questo oggetto con occhi nuovi e imparare da esso”. Ferrazzoli è l’autore principale delle scoperte di Tycho recentemente pubblicate, che appaiono nell’ultimo numero di The Astrophysical Journal.
La misurazione della polarizzazione dei raggi X indica agli scienziati la direzione media e l’ordine del campo magnetico delle onde luminose che compongono i raggi X provenienti da una sorgente ad alta energia come Tycho. I raggi X polarizzati sono prodotti da elettroni che si muovono nel campo magnetico in un processo chiamato “emissione di sincrotrone”. La direzione di polarizzazione dai raggi X può essere ricondotta alla direzione dei campi magnetici nel punto in cui sono stati generati i raggi X. Queste informazioni aiutano gli scienziati ad affrontare alcune delle più grandi domande in astrofisica, come il modo in cui Tycho e altri oggetti accelerano le particelle più vicine alla velocità della luce rispetto ai più potenti acceleratori di particelle sulla Terra.
“Il processo mediante il quale un residuo di supernova diventa un gigantesco acceleratore di particelle implica una delicata danza tra ordine e caos”, ha affermato Patrick Slane, astrofisico senior presso il Center for Astrophysics di Harvard a Cambridge, nel Massachusetts. “Sono necessari campi magnetici forti e turbolenti, ma IXPE ci sta mostrando che è coinvolta anche un’uniformità o coerenza su larga scala, che si estende fino ai siti in cui si verifica l’accelerazione”.
Durante i suoi decenni di attività, l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha ripetutamente osservato il resto della supernova di Tycho, aiutando i ricercatori a fare scoperte fondamentali su questa affascinante formazione. Con la sua capacità di identificare e tracciare la luce a raggi X polarizzata , IXPE si basa sulle basi poste da Chandra. Le informazioni di IXPE consentono agli scienziati di comprendere meglio il processo mediante il quale i raggi cosmici, particelle altamente energetiche che permeano la nostra galassia, vengono accelerati dai resti di supernova.
IXPE ha aiutato a mappare la forma del campo magnetico di Tycho con chiarezza e scala senza precedenti. Sebbene gli osservatori precedenti abbiano esaminato il campo magnetico di Tycho nelle onde radio, IXPE ha misurato la forma del campo su scale inferiori a un parsec, o circa 3,26 anni luce: una dimensione enorme in termini di esperienza umana, ma i ricercatori più vicini sono mai arrivati all’osservazione della fonte dei “raggi cosmici” altamente energetici emessi da uno di questi fenomeni lontani. Queste informazioni sono preziose mentre gli scienziati esplorano come le particelle vengono accelerate sulla scia dell’onda d’urto dell’esplosione iniziale.
I ricercatori hanno anche documentato somiglianze e differenze sorprendenti tra le scoperte di IXPE a Tycho e il residuo di supernova di Cassiopeia A , un precedente oggetto di studio. Le direzioni complessive dei campi magnetici in entrambi i resti di supernova sembrano essere radiali, allungate lungo una direzione che si estende verso l’esterno. Ma Tycho ha prodotto un grado di polarizzazione dei raggi X molto più elevato rispetto a Cassiopea A, suggerendo che potrebbe possedere un campo magnetico più ordinato e meno turbolento.
La supernova Tycho è classificata come tipo Ia, che si verifica quando una stella nana bianca in un sistema binario fa a pezzi la sua stella compagna, catturando parte della sua massa e innescando una violenta esplosione. L’annientamento della nana bianca fa precipitare i detriti nello spazio a velocità incredibili. Si ritiene comunemente che tali eventi siano la fonte della maggior parte dei raggi cosmici galattici trovati nello spazio, compresi quelli che bombardano continuamente l’atmosfera terrestre.
La stessa esplosione di supernova di Tycho ha rilasciato tanta energia quanta il Sole ne emetterà nel corso di 10 miliardi di anni. Quella brillantezza rese la supernova di Tycho visibile ad occhio nudo qui sulla Terra nel 1572, quando fu avvistata da Brahe e altri osservatori delle stelle, incluso potenzialmente un William Shakespeare di 8 anni, che avrebbe continuato a descriverla in un primo passaggio di “Amleto” alla fine del XVII secolo.
IXPE è una collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana con partner e collaboratori scientifici in 12 paesi. IXPE è guidato dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama. Ball Aerospace, con sede a Broomfield, in Colorado, gestisce le operazioni dei veicoli spaziali insieme al Laboratorio di fisica dell’atmosfera e dello spazio dell’Università del Colorado a Boulder.
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