LA CONFERMA GRAZIE A UNA SIMULAZIONE MAGNETO-IDRODINAMICA

Vento di pulsar dal cuore di Sn 1987A

Arriva da uno studio guidato da Emanuele Greco dell’Inaf di Palermo – condotto su dati raccolti dal 2012 al 2020 con i telescopi spaziali per raggi X Chandra, NuStar e Xmm-Newton – la conferma della presenza di una stella di neutroni là dove si vide esplodere la supernova Sn 1987A. I risultati su The Astrophysical Journal

     15/06/2022
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Immagini di Sn 1987A ottenute in diverse epoche dal satellite Chandra con lo strumento Acis-S nelle bande di energia tra 0.1 e 8 keV. Il cerchio nero delimita la regione centrale dove si trova la candidata stella a neutroni e la pulsar wind nebula, mentre il cerchio di colore ciano delimita tutto il resto di supernova. Crediti: Chandra/Nasa

Sn 1987A, la supernova esplosa nella Grande nube di Magellano (a circa 170mila anni luce da noi) il 23 febbraio 1987, è un caso iconico nello studio delle supernove e dei resti di supernova. Si tratta, infatti, dell’unico caso in cui è stato possibile sia osservare l’esplosione con moderni telescopi, che monitorare continuamente lo sviluppo del resto di supernova e la sua interazione con il mezzo circumstellare durante la sua espansione. Inoltre, è l’unico caso in cui sono disponibili immagini e dati della stella progenitrice, la stella supergigante blu Sanduleak -69° 202a, con una massa finale di circa 20 volte quella del Sole.

Nonostante le molte osservazioni realizzate in tutte le bande dello spettro elettromagnetico, l’identificazione della stella a neutroni formata durante l’esplosione è sempre stata elusiva. L’ipotesi più probabile è che l’oggetto compatto sia immerso in una nube di gas ancora denso e freddo espulso dalla stella. Ciò nonostante, recentemente sono stati fatti importanti passi avanti in tal senso. Nel 2019, astronomi dell’Università di Cardiff hanno usato l’interferometro Alma (un telescopio costituito da 66 antenne che osservano nel millimetrico) per identificare un blob di materia al centro di Sn 1987A le cui caratteristiche sono compatibili con quelle di una pulsar wind nebula, ossia una nebulosa costituita da particelle accelerate a velocità relativistiche dal campo magnetico di una stella a neutroni. Più recentemente, nel 2021, in uno studio guidato da astronomi dell’Inaf di Palermo è stata presentata l’analisi di osservazioni ai raggi X di Sn 1987A che supportavano la presenza di emissione di sincrotrone (radiazione emessa da particelle in moto a velocità relativistiche lungo traiettorie curve in campi magnetici) per energie comprese tra 10 e 20 keV. Questo risultato, compatibile anche con l’esistenza di una pulsar wind nebula, è stato tuttavia dibattuto all’interno della comunità scientifica, richiedendo, quindi, ulteriori analisi con lo scopo di confermare o smentire la scoperta.

Lo studio recentemente presentato da Emanuele Greco dell’Inaf di Palermo presenta nuove evidenze a supporto dell’esistenza della stella a neutroni al centro di Sn 1987A dall’analisi di osservazioni ai raggi X, ottenute dai satelliti Chandra e NuStar della Nasa e Xmm-Newton dell’Esa, realizzate dal 2012 al 2020. L’analisi spettrale di queste osservazioni ha confermato l’emissione di sincrotrone proveniente dal centro di Sn 1987A. Inoltre, l’indice spettrale dei fotoni (che descrive la distribuzione di energia dei fotoni emessi dalla sorgente) e il flusso osservato sono rimasti costante nel corso degli otto anni, osservazione che supporta l’ipotesi di una pulsar wind nebula, e quindi di una stella a neutroni, al centro di Sn 1987A. Il risultato è stato confermato dal confronto con spettri sintetici ottenuti da modelli magnetoidrodinamici della sorgente, presentati nel 2020 sempre in un articolo a guida Inaf.

«Questo progetto è nato con l’idea di verificare l’esistenza della stella di neutroni sfruttando il maggior numero di informazioni e dati a nostra disposizione. Includere il telescopio Xmm-Newton e i dati raccolti durante il 2020 nella nostra analisi», spiega Greco, «ha permesso di vincolare e comprendere meglio il tipo di emissione osservata in Sn 1987A. Tuttavia, il vero salto qualitativo nell’analisi degli spettri è stato possibile grazie all’utilizzo della simulazione magneto-idrodinamica. Infatti, tipicamente per descrivere gli spettri si utilizza un approccio di tipo fenomenologico, in cui si usa un ristretto numero di parametri fisici per descrivere un plasma molto complesso. Utilizzando la simulazione magneto-idrodinamica, siamo stati invece in grado di descrivere, per la prima volta, gli stessi spettri con un modello fisico, unico per tutte le epoche, che tiene conto dell’evoluzione temporale e dinamica di Sn 1987A».

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