IDRODINAMICA D’UNA SUPERNOVA

C’era una volta una supergigante blu

Avvalendosi di un modello magneto-idro-dinamico 3D, uno studio guidato da Salvatore Orlando dell’Inaf di Palermo indaga per la prima volta la connessione tra le proprietà fisiche del resto di supernova Sn 1987A, l'esplosione di supernova e la stella progenitrice dell’esplosione. I risultati sono pubblicati su Astronomy & Astrophysics.

     16/04/2020
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Mappe di emissione in diverse bande ai raggi X sintetizzate dal modello di Sn 1987A che meglio riproduce le proprietà osservative del resto di supernova. Crediti: Orlando, S., et al., 636, A22

Le stelle con una massa maggiore di 9 masse solari terminano la loro evoluzione come supernove. Queste esplosioni sono innescate dal collasso gravitazionale del nucleo di stelle massive, una volta che le reazioni termonucleari si sono esaurite e il nucleo non è più sostenuto dalla pressione prodotta dalle reazioni stesse. Non si tratta, comunque, di semplici esplosioni dalla simmetria sferica, ma di un fenomeno caratterizzato da processi fisici complessi ed estremamente energetici. Per citarne alcuni, la trasformazione del nucleo della stella in una stella a neutroni, la formazione e propagazione di un’onda d’urto generata dal materiale in caduta sulla superficie della stella a neutroni e la produzione di un flusso enorme di neutrini (che di fatto trasporta il 99 per cento dell’energia prodotta da una supernova), che, venendo assorbito dal materiale ad alta densità attorno al nucleo della stella, di fatto innesca l’espulsione dell’atmosfera stellare.

Questi processi non possono essere osservati direttamente, sia perché avvengono nel nucleo delle stelle sia per la rarità delle supernove (si stima che nella nostra galassia in media avvengono solo due esplosioni di supernova al secolo). Le nostre conoscenze sui processi fisici coinvolti nelle esplosioni di supernova possono però essere messe alla prova studiando i resti di supernova, ossia le nebulose in rapida espansione generate dalle supernove. L’oggetto astrofisico che meglio si presta per questo studio è certamente Sn 1987A, il resto di una supernova esplosa nella Grande Nube di Magellano (a una distanza di circa 160mila anni luce da noi) nel 1987. Questo evento è stato infatti l’unico caso in cui abbiamo osservato sia la stella progenitrice (Sanduleak −69° 202), l’esplosione della supernova e la formazione ed evoluzione del resto di supernova.

I ricercatori dell’Inaf – Osservatorio astronomico di Palermo hanno realizzato diversi studi, sia teorici che osservativi, per comprendere le proprietà ed evoluzione di Sn 1987A. L’ultimo di questi, condotto da un team guidato da Salvatore Orlando e pubblicato su Astronomy & Astrophysics, presenta il primo modello che connette la stella progenitrice di Sn 1987A, le complesse fasi immediatamente successive al collasso del nucleo e l’esplosione della supernova con la formazione e la seguente evoluzione del resto di supernova. Tra i vari modelli di stella progenitrice proposti in letteratura e testati in questo studio, quello che meglio riproduce le proprietà dinamiche e radiative di Sn 1987A descrive la stella come una supergigante blu.

Salvatore Orlando, astrofisico all’Inaf di Palermo e primo autore dello studio pubblicato su A&A

«Il confronto tra i risultati del modello e le osservazioni», spiega infatti Orlando,  «ci ha permesso di vincolare le proprietà fisiche e geometriche dell’anisotropia dell’esplosione iniziale, responsabile di numerose caratteristiche spettrali osservate in diverse bande ed epoche, e di identificare la natura della stella progenitrice, confermando che la supergigante blu Sanduleak -69° 202a era il prodotto della fusione di due stelle massicce».

Secondo questo studio, l’esplosione è stata fortemente asimmetrica, con gran parte dell’energia rilasciata lungo un asse specifico orientato praticamente lungo il piano equatoriale della stella (inclinato di circa 40 gradi rispetto la linea di vista). Questo spiegherebbe molte proprietà dinamiche di Sn 1987A, in particolare la presenza di addensamenti di materia espulsi dalla supernova (ejecta) sovrabbondanti di elementi specifici – come ferro, nichel e titanio – e osservati avere velocità superiori a tremila km al secondo. La forte asimmetria dell’esplosione deve aver trasferito alla neo-formata stella a neutroni un impulso significativo, conferendole una velocità iniziale di circa 300 km/sec verso nord rispetto la linea di vista. La stella a neutroni in Sn 1987A non è stata ancora trovata, soprattutto a causa del forte assorbimento in direzione del centro del resto di supernova.

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