Rivelare le righe prodotte dal decadimento radioattivo degli elementi sintetizzati nell’esplosione di una supernova è sempre stato uno dei driver scientifici della missione INTEGRAL che oggi, a 12 anni dal lancio, è riuscita a portare a casa questo importante risultato: grazie alla prima rivelazione diretta delle righe del decadimento del Cobalto da una supernova di tipo Ia, INTEGRAL conferma che tutto quello che abbiamo pensato per decenni a proposito dell’esplosione di questo tipo di supernova è corretto.
Non ci sono sorprese nella rivelazione di INTEGRAL delle righe del Cobalto da Sn 2014J, ma un risultato non deve essere sorprendente per essere importante, e per questo sono d’accordo con Robert Kirshner (autore dell’articolo di commento su Nature ndr) che finisce il suo pezzo dicendo «It is a wonderful result».
L’articolo di Churazov et al sulla rivelazione delle righe del decadimento del Cobalto dalla supernova 2014J da parte degli strumenti SPI e IBIS a bordo del satellite INTEGRAL dell’Agenzia Spaziale Europea è il coronamento di un lavoro lungo e paziente.
Negli anni ‘90, durante le riunioni della collaborazione internazionale impegnata nella costruzione dello spettrometro SPI (ma sono sicura che i colleghi che hanno lavorato ad IBIS potrebbero dire lo stesso) abbiamo fatto simulazioni per avere idea di cosa ci si potesse aspettare di vedere da una supernova. La conclusione era sempre la stessa: per avere delle reali possibilità di successo dovevamo augurarci che l’esplosione avvenisse nel nostro vicinato cosmico. Poco importava che fosse una supernova di tipo I (dovuta all’esplosione di una nana bianca in un sistema binario) oppure di tipo II (prodotta dalla distruzione di una stella molto più massiva del sole). In entrambi i casi l’esplosione produce Nickel 56 (28 protoni e 28 neutroni) un isotopo instabile destinato a decadere, trasformandosi in Colbato 56 (27 protoni e 29 neutroni), con un tempo di dimezzamento di 6 giorni. Anche il Cobalto 56 è instabile e, con un tempo di dimezzamento di 77 giorni, diventa Ferro 56 (26 protoni e 30 neutroni), l’elemento chimico stabile che tutti conosciamo. Il decadimento del Cobalto produce due righe a 847 e 1238 keV, esattamente nella regione dei gamma “molli” ai quali è sensibile il rivelatore SPI. Vedere le righe significa seguire in diretta la produzione del Ferro a seguito dell’esplosione di una supernova.
E’ così che è stato prodotto il ferro che vediamo intorno a noi e dentro di noi.
Le righe del decadimento del Cobalto sono state viste circa 25 anni fa, qualche mese dopo l’esplosione della supernova 1987A, una supernova di tipo II, risultato della distruzione di una stella massiva nella Grande Nube di Magellano. All’epoca non c’era strumentazione gamma in orbita e la rivelazione è stata fatta con esperimenti a bordo di palloni.
Lanciato nel novembre 2002, da oltre 10 anni INTEGRAL aspettava con pazienza la sua supernova. L’occasione si è presentata il 21 gennaio 2014 quando, durante una sessione di osservazione del laboratorio di Astronomia, Steve Fossey ed i suoi studenti si sono resi conti che si era accesa una stella nella galassia M82, ad appena 3,5 Mpc.
Lo spettro ha mostrato che si trattava di una supernova di tipo Ia, la più vicina al sole negli ultimi 40 anni. I colleghi di INTEGRAL hanno osservato la supernova per quattro mesi dalla fine di gennaio alla fine di aprile e poi per tutto il mese di giugno. La lunghezza dell’osservazione è dovuta all’incertezza nella stima del momento migliore per rivelare l’emissione gamma. Nel periodo immediatamente successivo all’esplosione, la sfera di gas che si espande è ancora densa ed i fotoni gamma prodotti dal decadimento non riescono a uscire per cominciare il viaggio che li porterà fino a noi. Bisogna lasciare passare un po’ di tempo per dare modo all’espansione di diluire la materia per permettere il passaggio della radiazione gamma. D’altro canto, non si può aspettare troppo perché ogni 77 giorni la quantità di Cobalto pronto a decadere, emettendo le righe che vogliamo vedere, si dimezza, rendendo più debole l’emissione.
Confronto tra i dati raccolti da IBIS nei 50 giorni del 2014 ed un analogo periodo nel 2013
Alla fine, è stato scelto l’intervallo di tempo compreso tra 50 e 100 giorni dopo l’esplosione. Un confronto tra i dati raccolti da IBIS nei 50 giorni del 2014 ed un analogo periodo nel 2013 mostra che nel 2014 è presente una sorgente in corrispondenza della posizione di M82. Combinando i dati IBIS (in blu) e SPI (in rosso) si è ottenuto uno spettro che mostra chiaramente le righe del Cobalto (figura in alto). Le righe sono decisamente più larghe della risoluzione spettrale dello strumento, segno che sono prodotte da un mezzo in movimento. Dall’allargamento si può calcolare la velocità di espansione che risulta 10.000 km/sec +/- 3.000.
Il flusso gamma registrato permette anche di risalire alla quantità di Nickel responsabile dell’emissione. Avendo a che fare con un mezzo di opacità incerta, ma sicuramente non nulla, le stime puntano all’intervallo tra 0,4 e 0,6 masse solari, un valore perfettamente compatibile con quello che ci si aspetta dall’esplosione di una nana bianca.
Non resta che augurarsi che INTEGRAL operi ancora a lungo per cogliere la prossima supernova.
Leggi l’articolo di Robert Kirshner