La supernova Tycho è un acceleratore di particelle

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La nana bianca che ha creato la supernova Tycho è morta in una violenta esplosione. La sua eredità assomiglia ad un soffice batuffolo di cotone rosa. Nell’ultima immagine, rilasciata il 28 febbraio, mostra il resto della supernova come una nuvola rosa delimitata da una sottile linea rossa. 

In una nuova ricerca (rif.), gli astronomi hanno mappato la geometria dei campi magnetici vicino all’onda d’urto con un dettaglio senza precedenti. In questa zona, le particelle cariche, vengono accelerate a velocità simili alla luce prima di essere espulse come raggi cosmici che infine arrivano anche sulla Terra.

La scoperta del fenomeno

La prima volta che abbiamo osservato questo fenomeno era il 2011. All’epoca fu Chandra, l’osservatorio a raggi X, che catturò uno schema nel bordo esterno di Tycho. All’epoca, gli astronomi spiegarono lo schema come i punti in cui i campi magnetici sono intrappolati. Gli elettroni in trappola si muovono a spirale nei campi magnetici verso energie più elevate emettendo raggi X.

Se gli astronomi conoscono da tempo come le supernove producono particelle cariche a energie estremamente elevate, i dettagli di come vengono accelerati gli elettroni non erano ancora noti. Ora, i ricercatori hanno studiato nel dettaglio il fenomeno in Tycho, la cui esplosione ha rilasciato tanta energia quanta ne emetterebbe il sole in 10 miliardi di anni. Gli scienziati affermano che le ultime scoperte spiegano come la supernova Tycho diventa un gigantesco acceleratore di particelle cosmiche.

Il processo “comporta una delicata danza tra ordine e caos”, ha dichiarato Patrick Slane, astrofisico senior presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e coautore dello studio, in una dichiarazione. Il team di Slane ha utilizzato i dati dell’osservatorio spaziale Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA . I tre telescopi a raggi X identici a bordo di IXPE hanno studiato Tycho due volte nel 2022. Da fine giugno a inizio luglio e dal 21 al 25 dicembre.

L’energia degli elettroni

Il team ha studiato i raggi X prodotti da elettroni altamente energetici vicino al bordo di Tycho mentre sfrecciavano attraverso i campi magnetici. I ricercatori spiegano che il bordo rosso, dove Tycho accelera le particelle è molto sottile. In quel punto, gli elettroni che irradiano raggi X ,perdono la loro energia molto rapidamente. Quindi, spostandosi notevolmente dal bordo, “perdono così tanta energia che non producono più raggi X”, ha detto Slane.

Per mappare infine la geometria del campo magnetico, il team ha cercato segnali che mostrassero quanto è polarizzata la radiazione dei raggi X. Tuttavia, questi segnali sono sensibili alle turbolenze dei campi magnetici. Quando la turbolenza è elevata, la radiazione è meno direzionale e meno intensa, ed IXPE non è in grado di rilevare i segnali. Fortunatamente all’arrivo dei dati IXPE, il team ha scoperto che i campi magnetici hanno un’elevata turbolenza, “ma non così alta da non poter rilevare la polarizzazione”, ha aggiunto.

Misurato la polarizzazione dei raggi X hanno scoperto che era del 9% nel centro del residuo di Tycho e un 12% più alto al suo bordo. “Queste osservazioni sono le prime in assoluto. Abbiamo sondato la polarizzazione dell’emissione degli elettroni più energetici nella supernova Tycho,che si comporta come un vero e proprio acceleratore di particelle”, ha detto Slane.

La mappa dettagliata del campo magnetico

Calcolato l’angolo polarizzazione, il team di Slane è stato in grado di mappare la geometria del campo magnetico. Quest’ultimo, si allunga verso l’esterno, in maniera radiale. I ricercatori lo sapevano già dalle precedenti osservazioni radio, quindi la scoperta non è stata una sorpresa totale. Ma l’osservatorio spaziale IXPE li ha aiutati a mappare il campo magnetico in modo molto più dettagliato rispetto alle osservazioni precedenti.

Infine finalmente hanno capito perchè Tycho acceleri le sue particelle cariche a velocità simili alla luce. “Per fare ciò sono necessari campi magnetici forti e turbolenti”, ha detto Slane nella stessa dichiarazione. “IXPE ci sta mostrando che esiste un’uniformità su larga scala, o coerenza, anch’essa coinvolta, che si estende fino ai siti in cui sta avvenendo l’accelerazione”. Usando questi dati, il team ha scoperto che la struttura radiale rimane intatta fino ai siti di accelerazione, che prima non conoscevano. Questa intuizione farà luce su come Tycho acceleri le particelle cariche a energie almeno cento volte superiori persino ai più potenti acceleratori di particelle sulla Terra.

Stefano Gallotta

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