LA MORTE DISCRETA DI UNA SUPERGIGANTE ROSSA

Supernove, lo shock è nascosto sotto al velo

Uno studio firmato, tra gli altri, anche da Filomena Bufano dell’Inaf di Catania dimostra come lo ‘shock breakout’ – quel breve lampo di luce che ci si aspettava di osservare quando esplode una supergigante rossa – sia in realtà un fenomeno raro in natura. La ragione va ricercata nella densità del materiale circumstellare, molto maggiore di quanto i modelli prevedessero

Rappresentazione artistica di una supergigante rossa circondata da uno spesso strato di materia circumstellare. Crediti: Naoj

Dopo quattro anni di osservazioni è stato pubblicato su Nature Astronomy uno studio – elaborato da un gruppo internazionale di astronomi, matematici e informatici guidati da Francisco Förster del Center for Mathematical Modeling (Cmm) dell’Università del Cile – che confronta una serie di osservazioni della nascita di supernove con i modelli teorici. Tra gli autori dell’articolo figura anche Filomena Bufano dell’Inaf di Catania.

Le osservazioni hanno riguardato 26 supernove di tipo 2, frutto dell’esplosione di altrettante stelle supergiganti rosse, e sono state eseguite per sei notti nel 2014 e otto notti nel 2015 con il telescopio Blanco – presso l’Osservatorio Interamericano del Cerro Tololo, in Cile – con l’obiettivo di studiare quello che viene chiamato ‘shock breakout: quel breve lampo di luce che si osserva prima dell’esplosione principale della supernova. O almeno, che ci si aspettava di osservare. Sorprendentemente, infatti, gli scienziati non sono riusciti a trovare alcun segno di questo fenomeno, mentre 24 delle supernove osservate si sono illuminate più velocemente rispetto a quanto previsto.

Ma andiamo con ordine. Alla fine della sua vita, una stella supergigante rossa esplode in una supernova ricca di idrogeno, classificata come supernova di tipo 2. Confrontando i modelli teorici con le osservazioni da terra, il team di ricerca ha scoperto che in molti casi questa esplosione avviene all’interno di una fitta nube di materia circumstellare che avvolge la stella.

Takashi Moriya, astronomo della Divisione di astronomia teorica dell’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone (Naoj), ha simulato 518 modelli di variazioni di luminosità di supernove e li ha confrontati con i risultati delle osservazioni. Il team ha potuto riscontrare come i modelli nei quali si è ipotizzato che le supernove fossero circondate da strato di materia circumstellare pari a circa il 10 per cento della massa solare corrispondevano perfettamente con le osservazioni fatte. La materia circumstellare, ben più densa di quanto ci si aspettasse, nasconderebbe lo shock breakout, intrappolandone la luce. La successiva collisione tra la supernova e la materia circumstellare creerebbe poi una forte onda d’urto, in grado di produrre una quantità di luce extra, facendola brillare più rapidamente del previsto.

Curva di luce (rappresentata dai punti) di “SNHiTS15aw”, una delle supernove osservate, rispetto al modello standard (linea tratteggiata), e le simulazioni di questo studio (linee continue). La curva di luce osservata sale più velocemente del modello standard e corrisponde molto bene ai risultati della simulazione. Crediti: Förster et al.

La luce è frutto della collisione tra il gas in espansione della supernova e la materia di origine sconosciuta che circonda la stella. «La presenza di questo materiale», spiega Förster, « facilita l’estrazione di parte dell’enorme quantità di energia prodotta durante l’esplosione e la trasforma in luce rilevabile».

La scoperta è stata resa possibile perché le esplosioni sono state osservate in tempo reale nelle loro fasi iniziali, utilizzando tecniche di analisi dei dati sviluppate in Cile senza precedenti per l’astronomia, machine learning e modelli astrofisici creati in Giappone. Le supernove osservate sono state selezionate tra quelle di HiTS, la High cadence Transient Survey, un’indagine mirata a rilevare e seguire fenomeni ottici transienti con scale temporali comprese tra poche ore a qualche giorno, in particolare le prime ore successive alle esplosioni di supernove.

«Questo lavoro è importante almeno per due motivi», dice Bufano a Media Inaf. «Il primo è senz’altro il risultato scientifico, che rappresenta un passo avanti nella più completa comprensione degli stadi finali dell’evoluzione delle stelle massive, di cosa succede nelle ultimissime fasi della loro esistenza e di come queste influenzino le caratteristiche osservative delle supernove prodotte. L’altra ragione che rende questo studio pionieristico è il metodo utilizzato per la survey di scoperta e classificazione di supernove, un approccio innovativo e sperimentale, basato su complessi algoritmi di machine learning, il cui sviluppo nell’ambito astrofisico è certamente fondamentale in vista delle prossime generazione di survey, come ad esempio Lsst. il Large Synoptic Survey Telescope».

Insomma, questo è solo l’inizio.

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