Spettro sintetico Xrism di Sn 1987A ottenuto nello studio di Sapienza et al. Lo spettro bianco comprende tutte le componenti fisiche e dinamiche considerate nello studio. Lo spettro blu, spostato verso l’alto per migliorare la visualizzazione, non include gli effetti derivanti dalla dinamica del materiale e alcuni effetti strumentali. Le curve azzurra e verde più in basso rappresentano rispettivamente lo spettro generato dal mezzo circumstellare investito dall’onda d’urto e il contributo degli ejecta. L’immagine sullo sfondo mostra Sn 1987A vista in raggi X dal telescopio spaziale Chandra della Nasa. Crediti: Sapienza et al., ApJL, 2024; Nasa/Cxc/Psu/S.Park e D.Burrows
Sn 1987A è uno degli oggetti più importanti nello studio delle supernove e dei resti di supernova. Si tratta infatti dell’unica esplosione di supernova per collasso del nucleo (core-collapse supernova) avvenuta a distanze relativamente vicine – circa 170mila anni luce, nella Grande Nube di Magellano – in epoca moderna. È l’unico evento nell’universo per il quale disponiamo di osservazioni dirette tramite telescopio della stella progenitrice, della supernova stessa e del resto di supernova. Sn 1987A viene inoltre costantemente monitorato in diverse bande dello spettro elettromagnetico per osservarne e studiarne l’evoluzione.
La produzione di emissione di raggi X risulta particolarmente interessante poiché consente di seguire l’evoluzione dei fenomeni ad alta energia del materiale investito dalle onde d’urto in Sn 1987A. Sei mesi dopo l’esplosione (avvenuta il 23 febbraio 1987), l’emissione di raggi X ad alta energia (10-30 keV) è stata individuata grazie alle osservazioni effettuate con il satellite per osservazioni ai raggi X Ginga. Poco più di quattro anni dopo l’esplosione, osservazioni condotte con il satellite Rosat hanno permesso di individuare emissione di raggi X a energia più bassa (0.1-2.4 keV).
Complessivamente, nel corso degli anni, l’emissione di raggi X da Sn 1987A è sempre aumentata, anche se negli ultimi anni si è notata una diminuzione nell’emissione di raggi X nella banda a energia più bassa. Dettagliate simulazioni magnetoidrodinamiche tridimensionali, sviluppate dagli astronomi dell’Inaf di Palermo per riprodurre l’evoluzione complessiva del resto di supernova, hanno dimostrato che l’evoluzione di Sn 1987A si può dividere in tre distinti momenti: in una prima fase, l’emissione di raggi X era dominata dalla nube di gas attorno alla progenitrice, investita dall’onda d’urto generata dalla supernova; in una seconda fase, l’onda d’urto ha raggiunto una densa nube circumstellare, formata dalla stella durante i suoi ultimi stadi evolutivi, caratterizzata da una morfologia ad anello. In una terza fase, ci si aspetta di osservare l’emissione derivante dai frammenti espulsi dalla supernova (gli ejecta), colpiti dall’onda d’urto inversa generata dalla riflessione dell’onda d’urto sul mezzo circumstellare denso.
Questo spettro del resto di supernova N132D, ottenuto con lo strumento Resolve di Xrism, ben esemplifica le potenzialità del telescopio spaziale X giapponese per l’osservazione spettroscopica di questo tipo di oggetti. Crediti: Jaxa/Nasa/Xrism Resolve and Xtend
Sn 1987A sarà oggetto di osservazioni tramite il satellite Xrism dell’Agenzia spaziale giapponese (Jaxa) e della Nasa. Grazie al suo spettrografo rivoluzionario ad altissima risoluzione spettrale, Xrism consentirà di risolvere i contributi di emissione legati ai diversi elementi chimici presenti in Sn 1987A e alle sue varie componenti dinamiche con una precisione senza precedenti.
Per preparare la comunità scientifica alle innovative osservazioni di Sn 1987A che compierà Xrism, un team guidato da Vincenzo Sapienza (Università di Palermo e Osservatorio astronomico Inaf di Palermo) ha sintetizzato osservazioni spettroscopiche di circa 28 ore con Xrism (la stessa durata dell’osservazione pianificate come parte della fase di performance verification), basandosi sui modelli esistenti di Sn 1987A. Come previsto, i risultati sono sorprendenti: Xrism sarà in grado di risolvere l’allargamento delle righe spettrali, prodotte da ioni di elementi pesanti come silicio e magnesio altamente ionizzati, a causa dell’effetto Doppler indotto dal movimento degli ejecta all’interno del resto di supernova con velocità superiori ai 3000 km/sec. Inoltre, come previsto dai modelli, sarà possibile per la prima volta osservare l’emissione di raggi X prodotta dagli ejecta.
Vincenzo Sapienza, ricercatore all’Università di Palermo e primo autore dello studio in uscita su ApJL
«La supernova 1987A, è una fonte di studio senza precedenti per comprendere l’evoluzione delle esplosioni di supernova data la sua giovinezza. Il mio lavoro sulla sintesi degli spettri dello strumento Xrism-Resolve rappresenta un importante sforzo propedeutico alle future osservazioni di questo resto di supernova», dice Sapienza a Media Inaf. «Questa ricerca è stata frutto di uno sforzo congiunto tra il nostro gruppo di ricerca – del quale fa parte, oltre agli astronomi dell’Inaf di Palermo, anche un ampio gruppo di ricercatori giapponesi – è all’avanguardia nello sviluppo di simulazioni magneto-idrodinamiche nel campo dei resti di supernova e sulla sintesi, da questi, di spettri che simulano le osservazioni che il telescopio Xrism sta conducendo. D’altro canto sono stato assistito nel lavoro di sintesi dai nostri collaboratori giapponesi, che mi hanno ospitato all’Università di Tokyo per svolgere questo lavoro a contatto con gli scienziati che hanno realizzato il telescopio Xrism. Siamo così riusciti a sintetizzare lo spettro X di Sn 1987A come verrebbe osservato dallo spettrometro ad alta risoluzione Xrism-Resolve nel 2024. Le previsioni mostrano che le linee di emissione saranno fortemente influenzate dagli ejecta, con uno profilo di emissione ampio e articolato dovuto al loro rapido movimento lungo la linea di vista. Il confronto tra questi spettri sintetici e quelli osservati dalle future osservazioni Xrism ci permetterà di rivelare chiaramente la presenza degli ejecta cosiddetti “shockati” e di avere una comprensione più approfondita sulla loro dinamica e composizione chimica».
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dell’articolo in uscita su The Astrophysical Journal Letters “Probing Shocked Ejecta in SN 1987A: A novel diagnostic approach using Xrism-Resolve”, di Vincenzo Sapienza, Marco Miceli, Aya Bamba, Salvatore Orlando, Shiu-Hang Lee, Shigehiro Nagataki, Masaomi Ono, Satoru Katsuda, Koji Mori, Makoto Sawada, Yukikatsu Terada, Roberta Giuffrida e Fabrizio Bocchino