Stella esplosa, la NASA ne svela i segreti

Stella esplosa, la NASA ne svela i segreti. Le rilevazioni sono state possibile grazie all’IXPE. I ricercatori, per la prima volta, hanno misurato e mappato i raggi X polarizzati dai resti di una stella esplosa. Questo attraverso l‘Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA.

I risultati raccolti, che provengono dalle osservazioni di un residuo stellare denominato Cassiopea A, gettano una nuova luce sulla natura dei resti di una giovane supernova, formazioni che sono in grado di accelerare le particelle vicine fino alla velocità della luce.

IXPE

IXPE, inviato il 9 dicembre 2021, come collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana, è il primo satellite in grado di misurare la polarizzazione della luce a raggi X, con un livello di sensibilità e chiarezza mai avuti prima.

Tutte quante le forme di luce, tra cui ci sono le onde radio e i raggi gamma, possono essere polarizzate. I rilevatori di IXPE sono in grado di mappare le tracce dei raggi X in entrata. I ricercatori si possono avvalere di queste informazioni individuali per poter comprendere la polarizzazione, una forza che racconta la storia di ciò che i raggi X hanno attraversato.

Cassiopea A, che in breve è Cas A, è il primo oggetto che è stato osservato da IXPE. Il motivo per cui è stato scelto Cas A è che le sue onde d’urto, quasi come fossero un boom sonico generato da un jet, sono tra le più veloci della Via Lattea.

Le onde d’urto sono state provocate dall’esplosione della supernova, una formazione che ha distrutto una stella enorme con il suo collasso. L’esplosione è riuscita a creare una luce che ha superato persino la Terra, più di trecento anni fa.

Pat Slane al Center for Astrophysics |Harvard e Smithsonian, che guida le indagini IXPE sui resti di supernova, ha spiegato che: “Senza IXPE, abbiamo perso delle informazioni cruciali su oggetti come Cas A. Questo risultato ci sta insegnando un aspetto fondamentale dei detriti di questa stella esplosa, ossia il comportamento dei suoi campi magnetici”.

I campi magnetici

I campi magnetici, che risultano invisibili, sono in grado di spingere e attirare le particelle cariche in movimento, come i protoni e gli elettroni. Questi campi, in condizioni estreme come nel caso di una stella esplosa, sono in grado di aumentare queste particelle a velocità prossime a quelle della luce.

Le particelle trascinate dalle onde d’urto in Cas A, nonostante le loro estreme velocità, non riescono ad allontanarsi dal resto della supernova, perché rimangono intrappolate dai campi magnetici. Le particelle sono costrette quindi a ruotare a spirale attorno alle linee del campo magnetico. Gli elettroni sono in grado di emettere un tipo di luce intensa chiamata “radiazione di sincrotrone”, che risulta essere polarizzata.

I ricercatori, analizzando la polarizzazione di questa luce, hanno scoperto ciò che sta accadendo all’interno di Cas A su scale infinitesimali, dei dettagli che sono difficili o anche impossibili da osservare in altri modi.

L’angolo di polarizzazione ci rivela la direzione di questi campi magnetici. Se i campi magnetici vicini ai fronti d’urto dovessero risultare molto aggrovigliati, la miscela caotica di radiazioni, provenienti da regioni con diverse direzioni del campo magnetico, emetterà una minore quantità di polarizzazione.

La ricerca

I precedenti studi effettuati su Cas A, analisi effettuate con i radiotelescopi, hanno dimostrato che la radiazione del radio-sincrotrone viene prodotta in quasi l’intero residuo di supernova. I ricercatori sono riusciti a scoprire che solo una piccola quantità di onde radio era polarizzata, ossia circa il 5%. I ricercatori, hanno inoltre determinato che il campo magnetico è orientato radialmente, come i raggi di una ruota, una conformazione che gli permette di diffondersi vicino al centro del residuo stellare.

I dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, mostrano anche che la radiazione di sincrotrone a raggi X proviene principalmente da regioni sottili, vicino al bordo esterno circolare del residuo stellare, luogo in cui si prevedeva che i campi magnetici si allineassero. Chandra e IXPE utilizzano dei rilevatori differenti, per questo hanno diversi livelli di risoluzione angolare o nitidezza. La prima immagine scientifica di Chandra, uno strumento prodotto nel 1999, era quella di Cas A.

I ricercatori, prima che arrivasse IXPE, avevano previsto che la polarizzazione dei raggi X sarebbe stata prodotta dai campi magnetici perpendicolari ai campi magnetici osservati dai radiotelescopi. I dati di IXPE, invece, mostrano che i campi magnetici nei raggi X tendono ad essere allineati in direzioni radiali, anche molto vicino a dove è avvenuta l’esplosione.

I raggi X hanno inoltre rivelato che è presente una quantità di polarizzazione inferiore rispetto a quella mostrata dalle osservazioni radio. Questa scoperta suggerisce che i raggi X provengono da delle regioni turbolente da diverse direzioni del campo magnetico.

Conclusioni

Il dottor Jacco Vink dell’Università di Amsterdam e autore principale del documento che descrive i risultati IXPE su Cas A, ha spiegato che: “I risultati di IXPE non erano quelli che ci aspettavamo. Il fatto che una percentuale inferiore della luce a raggi X sia risultata polarizzata è una proprietà molto interessante ma soprattutto precedentemente non rilevata di Cas A.”.

Il risultato ottenuto da IXPE su Cas A sta creando le basi per ulteriori osservazioni di resti di supernova, analisi che sono attualmente in corso. I ricercatori si aspettano che ogni nuovo oggetto osservato rivelerà delle nuove risposte, ma porrà anche altre domande, su questi oggetti fondamentali che riempiono l’universo.

Il dott. Riccardo Ferrazzoli dell’Istituto Nazionale di Astrofisica/Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziale di Roma, ha dichiarato che: “Questo studio racchiude tutte le novità che IXPE ha donato all’astrofisica. Non solo abbiamo ottenuto, per la prima volta, informazioni sulle proprietà di polarizzazione dei raggi X per queste sorgenti, ma sappiamo anche come queste cambiano in diverse regioni della supernova. Come primo obiettivo della campagna di osservazione IXPE, Cas A ha fornito un ‘laboratorio’ astrofisico, una base per testare tutte le tecniche e gli strumenti di analisi che il team ha sviluppato durante gli ultimi anni”.

Il coautore Dmitry Prokhorov, anche lui dell’Università di Amsterdam, conclude affermando che: “Questi risultati forniscono una visione unica dell’ambiente necessario per accelerare gli elettroni a energie incredibilmente elevate. E siamo solamente all’inizio di questa investigazione, visti i dati raccolti da IXPE”.

FONTE:

https://www.nasa.gov/mission_pages/ixpe/news/nasa-s-ixpe-helps-unlock-the-secrets-of-famous-exploded-star.html