Il motore misterioso delle supernove superluminose
Nuove osservazioni di una supernova di eccezionale luminosità hanno mostrato che è strettamente associata a un’emissione radio. La scoperta offre un indizio convincente che questo tipo di supernova possa essere alimentata da una magnetar, il residuo di un nucleo stellare fortemente magnetizzato e in forte rotazione, ma molti astrofisici vorrebbero prove più rigorose.
Fu una morte accecante. Circa 1,3 miliardi di anni fa, una stella esplose con tale intensità da essere 50 volte più luminosa di cento miliardi di stelle della sua galassia messe insieme. Era così brillante che se fosse avvenuta nella galassia di Andromeda, sarebbe stata visibile a occhio nudo.
L’esplosione, ufficialmente nota come PTF10hgi, appartiene a una rara classe di esplosioni chiamate supernove superluminose, che possono brillare cento volte più intensamente di quelle tipiche. Ma gli astronomi non sanno dire perché.
studio su impulsi radio cosmici
Secondo un’ipotesi, sarebbero alimentate da magnetar, resti di nuclei stellari ultradensi e fortemente magnetizzati in rapida rotazione, che possono formarsi all’indomani di esplosioni di supernova. Se quelle magnetar ruotano abbastanza velocemente, diciamo mille volte al secondo, possono rallentare di colpo, rilasciando un vento magnetizzato. Quel vento, creato nel momento in cui si forma la magnetar, produce poi uno shock sui materiali proiettati verso lo spazio, aggiungendo una quantità sempre crescente di calore e luce all’esplosione nel corso di diverse settimane, che la rende molto più luminosa di quanto sarebbe altrimenti.
Ma questo scenario è ipotetico. “Il Santo Graal – quello che ci manca – è la conferma osservativa diretta che c’è una magnetar al centro dell’esplosione”, spiega Brian Metzger, astronomo della Columbia University.
Uno studio pubblicato sul server di preprint arXiv alla fine del mese scorso potrebbe ora fornire quel Santo Graal.
Tarraneh Eftekhari, specializzanda all’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, il suo relatore Edo Berger, Metzger e i loro colleghi hanno rilevato radiazione nello spettro radio nel punto esatto in cui è esplosa PTF10hgi.
la prima volta
che gli astronomi individuano emissioni radio all’indomani di una di queste supernove superluminose. Poiché la luce radio è prodotta quando gli elettroni vengono accelerati all’interno di un campo magnetico, la scoperta suggerisce che una magnetar si trovi esattamente nel punto in cui esplode la supernova, probabilmente risolvendo un mistero che dura da quasi un decennio. “È la prima volta che sbirciamo dentro l’esplosione e vediamo ciò che muove il tutto, che vediamo il burattinaio dietro il sipario”, dice Berger. “E questo è già notevole di per sé”.
Metzger è un po’ più cauto nel suo entusiasmo. “Il risultato è interessante perché suggerisce che potremmo avere la prima prova diretta che le supernove superluminose sono alimentate da magnetar centrali, ma abbiamo bisogno di più osservazioni”, dice.
Il gruppo ha già presentato diverse proposte per condurre studi di follow-up dell’oggetto in modo da stabilire con certezza che è una magnetar, e non un altro fattore, a produrre l’emissione radio. Deanne Coppejans, astronomo della Northwestern University ,che non era coinvolto nello studio, concorda sul fatto che i dati futuri sono cruciali. “Al momento sembra molto promettente, ma le osservazioni che hanno proposto dovrebbero risolvere il mistero”, dice.
Due facce della stessa medaglia
Lo studio potrebbe risolvere anche un secondo mistero, quello dei burst radio veloci o FRB.
Questi brevi lampi luminosi di onde radio sembrano avere origine in lontane galassie e tuttavia non si sa ancora quali siano esattamente le loro sorgenti, il che ne fa uno dei più intriganti enigmi dell’astrofisica. Anche se potrebbero sembrare estranei alle supernove superluminose, quando Eftekhari e i suoi colleghi hanno raccolto l’emissione radio coincidente con PTF10hgi hanno visto che somigliava alla luce radio associata a uno di questi FRB. E non è stata una sorpresa: era proprio la firma che Eftekhari e colleghi speravano di trovare.
Nel 2016 gli astronomi hanno annunciato un indizio importante per la soluzione dell’enigma FRB: uno dei burst, noto come FRB 121102, ha lampeggiato più di una volta, il che lo rende il primo burst ripetuto.
La scoperta ha permesso ai ricercatori di collocarlo sulla mappa cosmica, fissandolo in una galassia a circa 2,5 miliardi di anni luce di distanza.
Sorprendentemente, quella galassia non era una vera e propria galassia, ma una galassia nana con pochi elementi pesanti, una stranezza che la rendeva straordinariamente simile alle galassie in cui nascono supernove superluminose. Questo ha spinto gli astronomi a chiedersi se i due eventi potesssero essere correlati in qualche modo.
Inoltre, quando i ricercatori hanno localizzato l’FRB ricorrente, hanno scoperto una fonte persistente di emissione più debole, emanata dal punto esatto in cui si erano verificati i burst. Quell’emissione radio suggeriva che l’esplosione fosse originata da un intenso campo magnetico, che avrebbe potuto essere prodotto da una magnetar.
Quei due indizi hanno indotto Metzger e Berger a postulare che supernove superluminose e FRB fossero due firme diverse dello stesso oggetto.
Nel 2017 hanno pubblicato uno studio con una serie di calcoli teorici che suggerivano che una magnetar avrebbe dapprima prodotto una supernova superluminosa e successivamente, anni se non decenni dopo, avrebbe prodotto diversi FRB (anche se esattamente come rimane un mistero). E per tutto il tempo quella magnetar avrebbe creato una nebulosa che emette luce nello spettro radio.
Se l’ipotesi fosse corretta, gli astronomi dovrebbero essere in grado di osservare queste supernovae superluminose anni dopo la prima eruzione e di vedere la luce radio persistente della nebulosa e – se sono davvero fortunati – un burst radio veloce o due.
Trovare più indizi
Recentemente, un certo numero di gruppidi ricerca ha iniziato la caccia a quella firma esatta. Eftekhari e colleghi hanno analizzato 25 supernove superluminose con il Very Large Array (VLA), situato nel New Mexico, e con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), sulle Ande cilene.
Quando hanno individuato questa sorgente radio, è sembrata confermare le loro più rosee speranze, offrendo non solo la prova (o qualcosa di molto simile) che la supernova superluminosa fosse stata generata da una magnetar ma anche l’indizio che la stessa magnetar avrebbe potuto dare origine all’FRB. “Avere un risultato così bella nella nostra prima ricerca era un po’ troppo bello per essere vero “, afferma Berger.
L’eccitazione ha contagiato anche altri astronomi impegnati nello stesso campo. “È una scoperta entusiasmante, che suggerisce che alcuni di quegli oggetti misteriosi che ci hanno confuso a lungo – supernovae superluminose e burst radio veloci – sono tutti manifestazioni della stessa cosa”, dice Andrew Levan, astronomo dell’Università di Warwick in Inghilterra, che non ha preso parte allo studio. “È una grande scoperta”.
Ma è ancora solo un indizio. Per trasformarlo in prove concrete, gli astronomi vorrebbero vedere un FRB prodotto da una supernova superluminosa del passato, e non solo un’emissione radio. “Sarebbe la vera connessione con il vero responsabile”, dice Casey Law, astronomo dell’Università della California, Berkeley, che non faceva parte del lavoro. Ma questa scoperta potrebbe essere molto vicina: diversi scienziati sono intenzionati a seguire quell’oggetto e altre supernove superluminose.
Laura Spitler, astronoma del Max-Planck-Institut per la radioastronomia, che ha scoperto il primo FRB ripetuto ma non era coinvolta in questa ricerca, ha in programma di osservare presto l’oggetto. E Law, che ha già completato una ricerca di FRB all’interno di siti di supernove superluminose ma non ha ancora analizzato le osservazioni, potrebbe averne già uno nascosto nei suoi dati.
(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” il 14 febbraio 2019.
Di: Shannon Hall (Scientific American)
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