Immagine a falsi colori di una delle simulazioni di supernova che mostra macchie calde e fredde di gas (bianco/verde) nella bolla e la struttura filamentosa dei raggi cosmici (blu) attorno al guscio del resto di supernova. Credito:F. Rodríguez Montero.
Lo stadio finale delle esplosioni catastrofiche di stelle massicce morenti, chiamate supernove, potrebbe colpire fino a sei volte di più il gas interstellare circostante con l'aiuto dei raggi cosmici, secondo un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Oxford. Il lavoro sarà presentato dal Ph.D. lo studente Francisco Rodríguez Montero oggi (19 luglio) al Virtual National Astronomy Meeting (NAM 2021).
Quando le supernove esplodono, emettono luce e miliardi di particelle nello spazio. Mentre la luce può raggiungerci liberamente, le particelle rimangono intrappolate in circuiti a spirale dalle onde d'urto magnetiche generate durante le esplosioni. Attraversando avanti e indietro attraverso i fronti d'urto, queste particelle sono accelerate quasi alla velocità della luce e, in fuga dalle supernove, si pensa siano la fonte della misteriosa forma di radiazione nota come raggi cosmici.
A causa della loro immensa velocità, i raggi cosmici sperimentano forti effetti relativistici, perdendo effettivamente meno energia della materia normale e permettendo loro di percorrere grandi distanze attraverso una galassia. Lungo la strada, influenzano l'energia e la struttura del gas interstellare sul loro percorso e possono svolgere un ruolo cruciale nell'interrompere la formazione di nuove stelle in dense sacche di gas. Però, ad oggi, l'influenza dei raggi cosmici nell'evoluzione delle galassie non è stata ben compresa.
Nel primo studio numerico ad alta risoluzione del suo genere, il team ha eseguito simulazioni dell'evoluzione delle onde d'urto emanate dalle esplosioni di supernova per diversi milioni di anni. Hanno scoperto che i raggi cosmici possono svolgere un ruolo fondamentale nelle fasi finali dell'evoluzione di una supernova e nella sua capacità di iniettare energia nel gas galattico che la circonda.
Il rosso, i colori verde e blu mostrano basso, raggi X di media e alta energia osservati con l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, e il campo stellare proviene dal Digital Sky Survey. Credito:NASA / CXC / NCSU / JPL-Caltech / M. Burkey et al.
Rodríguez Montero spiega che "inizialmente, l'aggiunta di raggi cosmici non sembra cambiare l'evoluzione dell'esplosione. Tuttavia, quando la supernova raggiunge lo stadio in cui non può ottenere più slancio dalla conversione dell'energia termica della supernova in energia cinetica, abbiamo scoperto che i raggi cosmici possono dare una spinta in più al gas, consentendo allo slancio finale impartito di essere fino a 4-6 volte superiore a quanto precedentemente previsto."
I risultati suggeriscono che i flussi di gas spinti dal mezzo interstellare nel tenue gas circostante, o mezzo circumgalattico, sarà drammaticamente più massiccio di quanto precedentemente stimato.
Contrariamente alle argomentazioni teoriche allo stato dell'arte, le simulazioni suggeriscono anche che la spinta extra fornita dai raggi cosmici è più significativa quando stelle massicce esplodono in ambienti a bassa densità. Ciò potrebbe facilitare la creazione di superbolle alimentate da generazioni successive di supernovae, spazzando gas dal mezzo interstellare e facendolo uscire dai dischi galattici.
Rodríguez Montero aggiunge che i loro "risultati sono un primo sguardo alle nuove straordinarie intuizioni che i raggi cosmici forniranno alla nostra comprensione della natura complessa della formazione delle galassie".
