Morfologia di ciò che resta d’una supernova

È in uscita su Astronomy & Astrophysics il primo modello che riesce a riprodurre le proprietà di un resto di supernova di tipo “mixed-morphology”. Lo studio, guidato da Sabina Ustamujic dell’Inaf di Palermo, ha permesso di vincolare l’età del resto di supernova Ic 443, la massa del materiale espulso dalla supernova e l’energia dell’esplosione – tutti parametri importanti per vincolare i modelli di supernova

I resti di supernova sono nebulose in rapida espansione prodotte dalle esplosioni di supernova, spesso caratterizzate da una morfologia complessa, conseguenza dell’interazione con il mezzo interstellare dell’ambiente circostante. Questi oggetti sono sorgenti di radiazione in varie bande dello spettro elettromagnetico. Ciò è dovuto alla varietà di fenomeni che caratterizzano i resti di supernova, e alle diverse condizioni fisiche – come temperatura e densità – delle componenti che li costituiscono, come le nubi compresse e riscaldate dall’onda d’urto generata dall’esplosione, gli ejecta di plasma espulso dalla supernova su cui impatta l’onda d’urto inversa, o eventualmente la stella a neutroni al centro del resto di supernova, generata dal collasso gravitazionale del nucleo della stella esplosa. Una particolare classe di resti di supernova è costituita dai resti di tipo mixed-morphology, caratterizzati da un guscio esterno visibile alle onde radio, che delimita una regione sorgente di radiazione termica ai raggi X. Sono state proposte varie teorie per spiegare la formazione di resti di supernova di questo tipo. Secondo le ipotesi più accreditate, le proprietà di questa classe di resti di supernova sono la conseguenza dell’interazione tra il resto di supernova e la materia presente nell’ambiente circostante, denso e fortemente disomogeneo.
Il resto di supernova Ic 443 è uno dei resti di tipo mixed-morphology più studiati. Alla distanza di circa 4900 anni luce da noi, e con un’estensione angolare di 50 minuti d’arco (per confronto, la Luna piena ha un diametro di 31 minuti d’arco), questo resto di supernova ha una morfologia complessa, la cui struttura principale è costituita da due gusci di forma quasi circolare e dimensione diversa. La morfologia di Ic 443 è il risultato dell’interazione con dense nubi di mezzo interstellare a nord-ovest, sud-est e nord-est. L’emissione ai raggi X di Ic 443 è composta da radiazione termica diffusa, emessa dall’interno del resto di supernova, ed emissione più energetica, sia termica che non termica, proveniente o dagli ejecta e da regioni del mezzo interstellare compressi e riscaldati dall’onda d’urto, o dal plerione, ossia una nube di plasma formata dal vento emesso dalla stella a neutroni presente in Ic 443.
Studi precedenti guidati da astronomi dell’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Palermo hanno ottenuto importanti risultati per la comprensione dell’evoluzione di questo resto di supernova e dell’esplosione che lo ha generato. Gli autori di uno studio del 2008 hanno suggerito che Ic 443 sia evoluto all’interno di una bolla di materiale creata dal vento stellare della progenitrice durante le sue ultime fasi evolutive. Uno studio più recente ha identificato una struttura a jet ricca di magnesio all’interno del resto di supernova, la cui direzione coincide con la posizione della stella di neutroni ai tempi dell’esplosione della supernova che ha generato Ic 443.
In un nuovo studio ora in uscita sulla rivista Astronomy & Astrophysics, il team guidato dall’astrofisica Sabina Ustamujic dell’Inaf di Palermo ha sviluppato un modello idrodinamico tridimensionale dell’evoluzione del resto di supernova Ic 443 per 10mila anni, includendo l’interazione con il mezzo interstellare circostante. Il modello riesce a spiegare la morfologia del resto di supernova e a riprodurre molte delle sue caratteristiche.
«Lo studio appena pubblicato», spiega Ustamujic, «fa parte di un progetto avviato nel 2015 presso l’Osservatorio astronomico di Palermo per legare le proprietà morfologiche, fisiche e chimiche dei resti di supernova ai processi fisici che governano le esplosioni di supernova e alla natura della stella progenitrice. Nel caso specifico, il modello sviluppato ci ha permesso di vincolare l’età di Ic 443, la massa del materiale espulso dalla supernova e l’energia dell’esplosione – tutti parametri importanti per vincolare i modelli di supernova. Inoltre, il modello ci ha permesso di svelare l’origine della morfologia di tipo mixed di Ic 443 – cioè una morfologia con massima emissione X al centro – e di stabilire il legame tra il resto di supernova e una pulsar che si trova in posizione periferica rispetto al centro di Ic 443: il nostro studio mostra che, effettivamente, la pulsar potrebbe essere ciò che resta della stella progenitrice».
Questo è il primo modello che riesce a riprodurre le proprietà di un resto di supernova di tipo mixed-morphology. Ad esempio, esso mostra come le nubi circostanti riescano a confinare l’espansione di Ic 443 a nord-est ed a sud-est, mentre il resto di supernova rimane libero di espandersi a sud-ovest. Inoltre, il modello ha permesso agli autori dello studio di comprendere la natura della radiazione X emessa da Ic 443. L’emissione termica centrale è riprodotta assumendo che l’esplosione sia avvenuta in corrispondenza del plerione di Ic 443, nonostante questo non si trovi al centro del resto di supernova. Nell’articolo è dimostrato che questa componente dell’emissione di raggi X viene sintetizzata bene dal modello proprio assumendo che il plerione non sia localizzato al centro di Ic 443, il che fornisce una prova importante sulla sua appartenenza al resto di supernova.
L’emissione ai raggi X disomogenea e irregolare è emessa dagli ejecta con una relazione tra l’energia della radiazione emessa e la temperatura degli ejecta: quelli più freddi emettono radiazione termica meno energetica mentre quelli riscaldati dalle onde d’urto che si riflettono ripetutamente nella cavità nel mezzo ambiente dentro la quale si evolve Ic 443 emettono la componente più energetica. Alla componente meno energetica di radiazione ai raggi X si aggiunge anche il contributo proveniente dalle nubi compresse e riscaldate dall’espansione del resto di supernova. Il modello vincola anche la massa degli ejecta espulsi dalla supernova (7 masse solari), l’energia dell’esplosione di supernova (1051 erg), e l’età del resto di supernova (circa ottomila anni). Allo studio hanno anche partecipato astronomi dell’Università di Palermo e dell’Istituto di astrofisica spaziale e fisica cosmica dell’Inaf di Palermo.
Per saperne di più:
Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Modeling the mixed-morphology supernova remnant IC 443. Origin of its complex morphology and X-ray emission”, di S. Ustamujic, S. Orlando, E. Greco, M. Miceli, F. Bocchino, A. Tutone, G. Peres
Foto: L’immagine mostra la distribuzione di densità di Ic 443 prevista dal modello a 8400 anni dall’esplosione. Il modello è osservato da diverse direzioni: lungo la linea di vista (pannelli a sinistra) e rotato di 90 gradi attorno l’asse z (pannelli a destra). Le superfici opache corrispondono a valori di densità corrispondenti all’1 per cento (pannelli in alto) e 5 per cento (pannelli in basso) del valore di picco. I colori codificano la velocità radiale degli ejecta in unità di 1000 km/s. La superficie semitrasparente mostra la posizione dell’onda d’urto, mentre la struttura toroidale semitrasparente rappresenta la nube molecolare. Crediti: S. Ustamujic, S. Orlando et al., A&A, 2021
Notizie: Ufficio Stampa INAF

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