Immagine composita di Sn 1987a, osservata da Alma (in rosso), da Hubble (in verde), e da Chandra (in blu). Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao)/A. Angelich, Nasa/Esa Hubble Space Telescope, Nasa Chandra X-Ray Observatory
Dopo aver brillato per alcuni milioni di anni, le stelle di grande massa passano a miglior vita in pompa magna, ovvero tramite un’esplosione di supernova: il nucleo della stella collassa gravitazionalmente formando un oggetto compatto, mentre gli strati esterni, investiti dall’onda d’urto prodotta dall’esplosione vengono “sparati” nel mezzo circostante formando un resto di supernova.
Tra le supernove conosciute, la supernova 1987A è stata una delle esplosioni più luminose osservate nel 20esimo secolo: la prima – e ultima – visibile a occhio nudo dopo la supernova di Keplero del 1604. Dalla notte della sua scoperta, fra il 23 e il 24 febbraio 1987, gli astronomi hanno cercato l’oggetto compatto che avrebbe dovuto formarsi in seguito al collasso del nucleo di Sanduleak -69° 202a, la supergigante blu che ha prodotto l’esplosione, senza mai trovarlo.
Gli oggetti ricercati sono due: un buco nero o una stella di neutroni. Che si tratti di quest’ultima l’ha suggerito il rilevamento di neutrini provenienti dalla direzione dell’esplosione il giorno stesso in cui è avvenuta. Gli astrofisici, tuttavia, non sono mai riusciti a trovare alcuna prova per confermare l’esistenza di tale oggetto, e per decenni la comunità scientifica ha atteso con impazienza un segnale che ne svelasse la reale natura.
Sulla base dei risultati di osservazioni condotte con Alma – l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array – e di un recente studio teorico di follow-up, due squadre di astronomi guidate una da Phil Cigan e l’altra da Dany Page hanno ora aggiunto un tassello importante che avvicina alla risoluzione del mistero lungo 33 anni.
L’immagine ad altissima risoluzione di Sn 1987A ottenuta da Alma che rivela il “blob” di gas caldo (inserto) nel cuore della supernova. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), P. Cigan e R. Indebetouw; Nrao/Aui/Nsf, B. Saxton; Nasa/Esa
Le osservazioni condotte dal team di Cigan col radiotelescopio Alma, i cui risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal nel novembre del 2019, hanno fornito la prima indicazione della presenza di una stella di neutroni prodotta a seguito di quell’esplosione cosmica. La “vista” acuta del radiointerferometro situato a 5000 metri d’altitudine nel deserto di Atacama, in Cile, ha infatti permesso di ottenere immagini ad altissima risoluzione che hanno rivelato nel nucleo polveroso di Sn 1987A un blob di gas e polveri incandescente, molto più luminoso della materia circostante e con un eccesso di emissione infrarossa. «Siamo rimasti assai sorpresi nel vedere questo blob caldo formato da una spessa nube di gas e polveri nel resto di supernova», ricorda Mikako Matsuura, ricercatrice all’Università di Cardiff (Regno Unito) e membro del team che ha scovato la nube con Alma. «Deve esserci qualcosa nella nube che riscalda il gas e le polveri e la fa brillare», sottolinea la scienziata. Ma cosa, in particolare?
Tra le varie possibilità che possono spiegare l’elevata luminosità della nube osservata da Alma, quella dell’energia termica fornita da una stella di neutroni in raffreddamento è secondo i ricercatori la più plausibile, in quanto le altre spiegazioni – la presenza di un buco nero o venti originati dalla rapida rotazione di una pulsar – sono sfavorite da altre osservazioni.
A questo punto entra in gioco il secondo team di cui parlavamo, quello guidato da Dany Page, astrofisico all’Università nazionale autonoma del Messico, che in uno studio teorico di follow-up pubblicato ieri, anch’esso su The Astrophysical Journal, riporta risultati a favore del fatto che a far brillare la nube di gas osservata da Alma possa essere davvero la stella di neutroni tanto ricercata dagli astronomi, avvalorando l’ipotesi di Phil Cigan et al. «Quando l’esplosione di supernova è avvenuta ero a metà del mio dottorato di ricerca», dice Page ricordando quel lontano 1987. «È stato uno fra i principali eventi della mia vita, a seguito del quale ho cambiato il corso della mia carriera, per cercare di risolverne mistero. Era come un moderno Santo Graal».
I risultati di Page e colleghi a favore dell’ipotesi della stella di neutroni sono due: la posizione dell’ipotetica sorgente e la sua temperatura. Dai modelli evolutivi predittivi utilizzati dai ricercatori è emerso, infatti, che se l’oggetto compatto fosse una stella di neutroni oggi si troverebbe esattamente nel punto in cui si trova la nube incandescente vista da Alma, spinta sin lì a velocità di centinaia di chilometri al secondo dall’esplosione di supernova. Non solo: la temperatura che essa avrebbe, stimata in circa 5 milioni di gradi, sarebbe in grado di fornire l’energia termica sufficiente per spiegare la luminosità della nube. Per dirla in un altro modo: la luminosità della nube, ovvero l’eccesso di emissione di radiazione infrarossa, è compatibile con l’energia termica ricevuta da una stella di neutroni “vecchia” di 30 anni. «Nonostante l’estrema complessità di un’esplosione di supernova e le condizioni estreme che regnano all’interno di una stella di neutroni, il rilevamento di una nube incandescente di gas e polveri è una conferma di diverse previsioni» dice Page a questo proposito.
Non si tratterebbe dunque di un buco nero, e nemmeno di una pulsar. «La potenza di una pulsar dipende dalla velocità con cui essa gira e dalla intensità del suo campo magnetico», spiega Page, «e per adattarsi alle osservazioni entrambi questi parametri dovrebbero avere valori molto precisi, mentre l’energia termica emessa dalla superficie calda di una giovane stella di neutroni si adatta ai dati senza difficoltà».
«La stella di neutroni si comporta esattamente come ci aspettavamo» aggiunge, commentando il modello, James Lattimer della Stony Brook University di New York, membro del team di ricerca di Page e primo autore dell’articolo datato 1989 che descrive i risultati dell’analisi del segnale dei neutrini emessi dalla supernova 1987A. «Quei neutrini hanno suggerito che non si è mai formato un buco nero», sottolinea Lattimer, «inoltre un buco nero difficilmente spiega la luminosità del blob osservata. Abbiamo considerato tutte le possibilità, concludendo che una calda stella di neutroni è la spiegazione più probabile».
Solo un’immagine diretta della sorgente può dare tuttavia una prova certa della sua esistenza, ma per questo gli astronomi dovranno aspettare ancora qualche decennio, quando le polveri e il gas del resto di supernova diventeranno più diradate. Quando ciò avverrà è possibile che venga scoperta, senza lasciar più spazio ai dubbi, la stella di neutroni. Il nome già lo avrebbe: Ns 1987A. E sarebbe la stella di neutroni più giovane che si conosca.
Per saperne di più, leggi su The Astrophysical Journal gli articoli:
- “High Angular Resolution ALMA Images of Dust and Molecules in the SN 1987A Ejecta” di Phil Cigan et al.
- “NS 1987A in SN 1987A” di Dany Page et al.
Gurada l’animazione del National Radio Astronomy Observatory: