A sinistra c’è un’immagine NirCam (Near-Infrared Camera) rilasciata nel 2023. L’immagine in alto a destra mostra la luce dell’argon ionizzato singolarmente (Argon II) catturato dalla modalità Mrs (Medium Risoluzione Spectrograph) del Miri (Mid-Infrared Instrument). L’immagine in basso a destra mostra la luce proveniente dall’argon ionizzato multiplo catturato dal NirSpec (Near-Infrared Spectrograph). Entrambi gli strumenti mostrano un forte segnale proveniente dal centro del resto della supernova. Ciò ha indicato al team scientifico che lì c’è una fonte di radiazioni ad alta energia, molto probabilmente una stella di neutroni. Crediti: Nasa, Esa, Csa, STScI, Claes Fransson (Università di Stoccolma), Mikako Matsuura (Università di Cardiff), M. Barlow (Ucl), Patrick Kavanagh (Università di Maynooth), Josefin Larsson (Kth)
Era stata cercata a lungo, la stella di neutroni che si è formata dalle ceneri dell’esplosione di una delle supernove più studiate: Sn 1987A. Molti gli indizi rilevati dai ricercatori in tre decenni e mezzo di intense osservazioni con i migliori telescopi come Hubble o Spitzer, ma nessuna evidenza conclusiva dell’esistenza di una stella di neutroni. La svolta è stata resa possibile grazie al James Webb Space Telescope che ha rilevato gli effetti dell’emissione ad alta energia di quella che potrebbe essere una giovane stella di neutroni o la pulsar wind nebula che l‘avvolge – una nebulosa altamente energetica alimentata dalla stella di neutroni al suo interno.
Le supernove, lo spettacolare risultato finale del collasso di stelle molto massicce, esplodono in poche ore e la loro luminosità raggiunge il picco in pochi mesi, mentre i resti della stella esplosa continuano a evolversi rapidamente nei decenni successivi. L’espandersi di questo oggetto attraverso il mezzo interstellare offre agli astronomi la rara opportunità di studiare un processo astronomico fondamentale per l’evoluzione dell’universo, quasi “in tempo reale”. Infatti, oltre a essere le principali fonti di elementi chimici come carbonio, ossigeno, silicio e ferro che rendono possibile la vita come noi la conosciamo, le supernove sono anche responsabili della creazione degli oggetti più esotici dell’universo come stelle di neutroni e buchi neri.
Webb ha iniziato le osservazioni scientifiche di Sn 1987A nel luglio 2022 e ora, in uno studio pubblicato la settimana scorsa su Science, un team internazionale di astronomi guidato da Claes Fransson della Stockholm University, in Svezia, ha annunciato di aver rilevato segnali di una probabile stella di neutroni provenire dal centro della nebulosa attorno a Sn 1987A. I ricercatori hanno utilizzando il Medium Resolution Spectrograph (Mrs) e il Mid-Infrared Instrument (Miri) di Webb per osservare le righe spettrali che potrebbero essere state create dalla calda e giovane stella di neutroni o dalla pulsar wind nebula.
Immagine che combina i dati di Hubble e quelli Webb di Sn 1987A e della sorgente compatta di argon altamente ionizzata. La sorgente blu debole al centro è stata rilevata dallo strumento NirSpec su Webb. Crediti: Hst, Jwst/NirSpec, J. Larsson
La presenza di uno di questi due oggetti estremamente energetici tra i resti di Sn 1987A era stata già ipotizzata per la prima volta nel 2019 e poi, nel 2021, in uno studio guidato da Emanuele Greco dell’Inaf di Palermo, grazie ai dati raccolti dai telescopi spaziali Chandra e NuStar e utilizzando simulazioni numeriche all’avanguardia. Nulla a confronto del potente occhio di Webb, come spiega lo stesso Greco – non coinvolto nel nuovo studio uscito su Science – a Media Inaf: «Questo studio sfrutta le straordinarie capacità del telescopio spaziale James Webb e rappresenta, a oggi, la più robusta evidenza della presenza di una stella di neutroni all’interno di Sn 1987A. Nonostante non sia possibile stabilire con certezza se la sorgente responsabile dell’emissione sia una pulsar wind nebula o una stella di neutroni estremamente calda, questo risultato si allinea allo scenario ipotizzato in uno studio del 2019 in banda radio e da noi riproposto nel 2021 e nel 2022 in banda X per spiegare l’eccesso di emissione in banda hard. Dagli studi condotti in bande diverse emerge un quadro coerente che sembra indicare la pulsar wind nebula come origine più plausibile».
L’analisi spettrale dei risultati prodotti da Webb ha rivelato un forte segnale proveniente dal centro del materiale espulso che circonda il luogo in cui si è generata Sn 1987A, attribuito alla presenza di argon ionizzato. Utilizzando poi lo spettrografo NirSpec di Webb, che osserva a lunghezze d’onda più corte, i ricercatori hanno trovato elementi chimici ancora più fortemente ionizzati. La presenza di tali ioni richiede la formazione di fotoni altamente energetici che devono provenire da oggetti come, ad esempio, una stella di neutroni. «La conferma della presenza di una stella di neutroni nel cuore di Sn 1987A», conclude Greco, «è uno step fondamentale per la comprensione di come questi oggetti evolvono nei primi anni della loro vita. In particolare, si tratta della stella di neutroni più giovane che conosciamo e rappresenta quindi un laboratorio cosmico unico nel suo genere».
Ulteriori analisi con Webb, unite a osservazioni con telescopi da terra, potrebbero fornire maggiore chiarezza su ciò che sta accadendo nel cuore del resto di Sn 1987A. Inoltre, i ricercatori si augurano che queste osservazioni possano stimolare lo sviluppo di modelli teorici più dettagliati, consentendo di comprendere meglio non solo l’evoluzione finale di Sn 1987A, ma di molte altre supernove.
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A” di C. Fransson, M. J. Barlow, P. J. Kavanagh, J. Larsson, O. C. Jones, B. Sargent, M. Meixner, P. Bouchet, T. Temim, G. S. Wright, J. A. D. L. Blommaert, N. Habel, A. S. Hirschauer, J. Hjorth, L. Lenkić, T. Tikkanen, R. Wesson, A. Coulais, O. D. Fox, R. Gastaud, A. Glasse, J. Jaspers, O. Krause, R. M. Lau, O. Nayak, A. Rest, L. Colina, E. F. van Dishoeck, M. Güdel, Th. Henning, P-O. Lagage, G. Östlin, T. P. Ray e B. Vandenbussche