Il resto di supernova Cassiopea A. Crediti: Nasa/Chandra
Un resto di supernova (indicato con l’acronimo Snr dall’inglese SuperNova Remnant) è il risultato di un’enorme e spettacolare esplosione che prende il nome di supernova e che è in grado di liberare in un secondo la stessa quantità di energia liberata, sempre in un secondo, da cento miliardi di miliardi stelle uguali al nostro Sole. A esplodere può essere o una stella di grande massa che ha terminato il suo combustibile nucleare, oppure una stella evoluta che ha accumulato massa sottraendola a una stella compagna. In entrambi i casi, la stella collassa sotto l’azione della forza di gravità innescando un’esplosione (la supernova) che proietta gran parte, se non tutto, il materiale stellare (i cosiddetti ejecta, con una massa equivalente a quella di circa 1-10 Soli) nel mezzo circostante con velocità dell’ordine di 10mila km/sec. Il materiale stellare espulso e il materiale circostante, investito dall’onda d’urto (shock) dell’esplosione, costituiscono un resto di supernova.
Lo studio dei resti di supernova e della loro interazione con il mezzo circumstellare e interstellare è essenziale in astrofisica. I resti di supernova contribuiscono in modo determinante all’ecosistema galattico, perché arricchiscono l’ambiente interstellare con massa, energia, ed elementi pesanti espulsi durante l’esplosione. L’onda d’urto può anche causare il collasso di nubi interstellari e innescare la formazione di nuove stelle. Diverse evidenze osservative indicano i resti di supernova come una delle sorgenti principali di accelerazione di particelle altamente energetiche presenti nello spazio, note come raggi cosmici, che sono oggetto di studio da oltre cento anni. Infine, lo shock dell’esplosione riscalda a temperature di decine di milioni di gradi, rendendoli visibili in banda X, sia gli ejecta che il mezzo circumstellare, che riflette la passata attività della stella progenitrice. Questo permette di determinare sia la struttura e composizione chimica del materiale stellare negli ejecta che la struttura e geometria del mezzo circumstellare, fornendo in entrambi i casi importanti informazioni sugli stadi finali dell’evoluzione stellare.
Studi in corso e domande aperte
I resti di supernova sono studiati, in tutte le bande spettrali, sia con strumenti da terra che dallo spazio. Di rilievo sono le osservazioni in banda radio dell’Atacama Large Millimiter Array (Alma), in banda ottica del telescopio spaziale Hubble, in banda X delle missioni spaziali Esa Xmm-Newton e Nasa Chandra e Nustar, e in banda gamma della missione spaziale Nasa Fermi e dei telescopi da terra Hess.
10mila km/sec: è la velocità alla quale viaggiano inizialmente i frammenti di materiale stellare espulsi durante l’esplosione di una supernova
Agli studi osservativi si affiancano quelli modellistici, che descrivono l’evoluzione dei resti di supernova, la loro interazione con il mezzo ambiente, i processi fisici che ne governano l’evoluzione, e l’accelerazione di raggi cosmici. Grazie alle osservazioni e agli studi modellistici, gli scienziati stanno comprendendo il modo in cui avviene lo scambio di massa ed energia tra resti di supernova e mezzo interstellare e come il materiale interstellare si arricchisca di elementi pesanti. Molti studi si rivolgono alla comprensione del meccanismo responsabile dell’accelerazione dei raggi cosmici, di notevole interesse generale per studi relativi alla fisica degli shock. Altri invece mirano a comprendere in che modo le polveri presenti nella parte interna dei resti di supernova si formino durante l’evoluzione e siano successivamente distrutte a causa dell’interazione con gli shock. Negli ultimi anni, un interesse crescente si è rivolto al legame tra le proprietà morfologiche dei resti di supernova e le caratteristiche fisiche delle supernove progenitrici. Svelare questo legame potrebbe aprire una nuova finestra esplorativa per comprendere i processi fisici che governano l’esplosione di una supernova e la produzione di elementi pesanti.
Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica
I ricercatori dell’Inaf contribuiscono allo studio dei resti di supernova sia attraverso l’analisi e l’interpretazione di osservazioni in diverse bande spettrali, sia attraverso lo studio teorico e modellistico della dinamica ed energetica dei resti di supernova e dei meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici agli shock dei resti di supernova. Ricercatori Inaf sono coinvolti nel gruppo di lavoro sui resti di supernova e mezzo interstellare della missione spaziale Esa Athena, la cui data di lancio è prevista per il 2028.
L’autore: Salvatore Orlando è ricercatore Inaf all’Osservatorio astronomico di Palermo
Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica