Durante il 15esimo episodio della quarta stagione della serie fantascientifica Battlestar Galactica, l’automa Cavil si lamenta di non poter osservare l’universo nei raggi X e gamma, essendo limitato, come gli esseri umani, alla sola banda del visibile. Se avesse potuto percepire i raggi gamma, la sua visione sarebbe stata abbagliata dall’emissione proveniente dai resti di supernova.
Roberta Giuffrida, prima autrice dello studio pubblicato oggi su A&A, mostra la mappa dell’emissione gamma di Puppis A ottenuta con Fermi-Lat. Il cerchio bianco delimita la regione utilizzata per l’analisi spettrale, mentre i contorni verdi evidenziano l’emissione X osservata dal satellite eRosita. Crediti: M. Guarcello/Inaf Palermo
Queste nebulose, prodotte dalle esplosioni di supernova e dalla loro interazione con l’ambiente circostante, sono infatti estremamente efficaci nell’accelerare particelle fino ad energie relativistiche. Una manifestazione di questo processo è l’intensa emissione di raggi gamma osservata nella maggior parte dei resti di supernova, prodotta principalmente da tre meccanismi: nel caso leptonico, i raggi gamma sono generati da elettroni relativistici che diffondono fotoni a bassa energia, incrementandone progressivamente l’energia fino a produrre radiazione gamma; nel caso adronico, invece, i raggi gamma derivano da interazioni e decadimenti di particelle come i protoni; un caso particolare di meccanismo adronico, proposto nel 2010, suggerisce che nei resti di supernova in interazione con dense nubi circostanti i raggi gamma possano essere prodotti all’interno delle nebulose compresse e riscaldate dalla radiazione incidente. In quest’ultimo scenario, l’emissione gamma è accompagnata da una forte radiazione radio dovuta a particelle relativistiche “fuggite” dal resto di supernova e incidenti sulla nube, attraverso un processo chiamato sincrotrone (radiazione emessa da particelle ad alta energia in moto in un campo magnetico).
Uno dei resti di supernova più studiati nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico è Puppis A, situato a circa 4300 anni luce dal Sole e con un’età stimata di circa 4000 anni. Un team guidato dall’astrofisica Roberta Giuffrida (Inaf di Palermo, Università di Palermo e Université de Paris) ha analizzato i dati di una lunga campagna osservativa nei raggi gamma condotta con il satellite Fermi-Lat. Puppis A è noto per la sua emissione gamma asimmetrica, che indica la presenza di diversi meccanismi di produzione di questa radiazione nelle varie regioni del resto.
Lo studio conferma che nella regione nord-est, dove le onde d’urto che viaggiano in Puppis A interagiscono con una densa nube circostante, il meccanismo di emissione gamma resta incerto, anche se è certamente di natura adronica e legato a questa interazione. Nella regione opposta, a sud-ovest, dove il resto si espande in un mezzo a bassa densità, l’emissione gamma appare invece come conseguenza diretta dell’accelerazione di particelle relativistiche da parte del campo magnetico associato all’onda d’urto, comunemente osservato nei resti di supernova.
I risultati, descritti in un articolo pubblicato oggi su Astronomy & Astrophysics, confermano il ruolo cruciale dei resti di supernova nell’accelerazione di particelle relativistiche tramite processi complessi, che possono variare anche all’interno di un singolo resto a seconda delle condizioni ambientali.
«I resti di supernova che interagiscono con nubi molecolari rappresentano laboratori interessanti per lo studio dell’accelerazione dei raggi cosmici e della loro propagazione nel mezzo denso circostante. In questo lavoro», spiega Giuffrida a Media Inaf, «abbiamo analizzato 14 anni di osservazioni del telescopio Fermi-Lat del resto di supernova Puppis A per investigarne la morfologia asimmetrica in raggi gamma e le proprietà spettrali. Questo resto di supernova sta evolvendo in un ambiente eterogeneo, interagendo con una densa nube molecolare a nord-est e con un mezzo a bassa densità a sud-ovest. Riscontriamo differenze marcate sia nella luminosità gamma che nella distribuzione spettrale di energia tra queste due regioni. Sebbene l’emissione da entrambi i lati sia compatibile con un’origine adronica, un solo meccanismo di accelerazione non può spiegare entrambe le emissioni gamma. L’emissione a sud-ovest può essere spiegata dal meccanismo di diffusive shock acceleration da shock veloci, mentre quella a nord-est coinvolge la riaccelerazione di raggi cosmici preesistenti. In questo caso infatti l’interazione con una nube molecolare rallenta lo shock fino a portarlo nel suo regime radiativo. Inoltre, identifichiamo due eccessi gamma al di fuori del resto di supernova, uno esteso a nord e uno puntiforme a sud. Queste sorgenti sono probabilmente prodotte da raggi cosmici accelerati sullo shock e in fuga dal resto di supernova alle nubi molecolari vicine. Infatti, dimostriamo che, considerando la lunghezza di diffusione dei raggi cosmici in fuga da Puppis A, queste due sorgenti possono essere associate a collisioni protone-protone tra adroni accelerati in Puppis A e il materiale delle nubi».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Evidence for protons accelerated and escaped from the Puppis A region using Fermi-LAT observations”, di Roberta Giuffrida, Marianne Lemoine-Gourmard, Marco Miceli, Stefano Gabici, Hidetoshi Sano, Maki Aruga, Martin Mayer, Werner Becker, Manami Sasaki, Yasuo Fukui