Un nuovo metodo per misurare la temperatura degli atomi durante la morte esplosiva di una stella aiuterà gli scienziati a comprendere l'onda d'urto che si verifica a seguito dell'esplosione di questa supernova. Un team internazionale di ricercatori, compreso uno scienziato della Penn State, osservazioni combinate di un residuo di supernova vicino - la struttura che rimane dopo l'esplosione di una stella - con simulazioni per misurare la temperatura degli atomi di gas che si muovono lentamente intorno alla stella mentre vengono riscaldati dal materiale proiettato verso l'esterno dall'esplosione.

Il team di ricerca ha analizzato le osservazioni a lungo termine del vicino residuo di supernova SN1987A utilizzando l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e ha creato un modello che descrive la supernova. Il team ha confermato che la temperatura anche degli atomi più pesanti, che non era ancora stata studiata, è correlata al loro peso atomico, rispondendo a una domanda di vecchia data sulle onde d'urto e fornendo importanti informazioni sui loro processi fisici. Un documento che descrive i risultati appare il 21 gennaio 2019, nel diario Astronomia della natura .

"Le esplosioni di supernova e i loro resti forniscono laboratori cosmici che ci consentono di esplorare la fisica in condizioni estreme che non possono essere duplicate sulla Terra, " ha detto David Burrows, professore di astronomia e astrofisica alla Penn State e autore dell'articolo. "Moderni telescopi astronomici e strumentazione, sia a terra che nello spazio, ci hanno permesso di eseguire studi dettagliati sui resti di supernova nella nostra galassia e nelle galassie vicine. Abbiamo effettuato osservazioni regolari del resto di supernova SN1987A utilizzando l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, il miglior telescopio a raggi X al mondo, poiché poco dopo il lancio di Chandra nel 1999, e ha utilizzato simulazioni per rispondere a domande di vecchia data sulle onde d'urto".

La morte esplosiva di una stella massiccia come SN1987A spinge il materiale verso l'esterno a velocità fino a un decimo della velocità della luce, spingendo onde d'urto nel gas interstellare circostante. I ricercatori sono particolarmente interessati al fronte shock, la brusca transizione tra l'esplosione supersonica e il gas relativamente lento che circonda la stella. Il fronte d'urto riscalda questo gas freddo e lento a milioni di gradi, temperature abbastanza alte da consentire al gas di emettere raggi X rilevabili dalla Terra.

"La transizione è simile a quella osservata in un lavello da cucina quando un flusso d'acqua ad alta velocità colpisce il lavabo, scorre dolcemente verso l'esterno finché non salta bruscamente in altezza e diventa turbolento, " ha detto Burrows. "I fronti d'urto sono stati ampiamente studiati nell'atmosfera terrestre, dove si verificano su una regione estremamente ristretta. Ma nello spazio, le transizioni d'urto sono graduali e potrebbero non influenzare gli atomi di tutti gli elementi allo stesso modo."

Il gruppo di ricerca, guidato da Marco Miceli e Salvatore Orlando dell'Università di Palermo, Italia, misurato le temperature di diversi elementi dietro il fronte d'urto, che migliorerà la comprensione della fisica del processo d'urto. Queste temperature dovrebbero essere proporzionali al peso atomico degli elementi, ma le temperature sono difficili da misurare con precisione. Precedenti studi hanno portato a risultati contrastanti riguardo a questa relazione, e non sono riusciti a includere elementi pesanti con pesi atomici elevati. Il team di ricerca si è rivolto alla supernova SN1987A per aiutare a risolvere questo dilemma.

Supernova SN1987A, che si trova nella vicina costellazione chiamata Grande Nube di Magellano, è stata la prima supernova visibile ad occhio nudo dalla Supernova di Keplero nel 1604. È anche la prima ad essere studiata in dettaglio con i moderni strumenti astronomici. La luce della sua esplosione ha raggiunto per la prima volta la terra il 23 febbraio, 1987, e da allora è stato osservato a tutte le lunghezze d'onda della luce, dalle onde radio ai raggi X e alle onde gamma. Il team di ricerca ha utilizzato queste osservazioni per costruire un modello che descrive la supernova.

I modelli di SN1987A si sono tipicamente concentrati su singole osservazioni, ma in questo studio i ricercatori hanno utilizzato simulazioni numeriche tridimensionali per incorporare l'evoluzione della supernova, dalla sua nascita all'età attuale. Un confronto tra le osservazioni a raggi X e il modello ha permesso ai ricercatori di misurare con precisione le temperature atomiche di diversi elementi con un'ampia gamma di pesi atomici, e per confermare la relazione che predice la temperatura raggiunta da ogni tipo di atomo nel gas interstellare.

"Ora possiamo misurare con precisione le temperature di elementi pesanti come silicio e ferro, e hanno dimostrato che in effetti seguono la relazione che la temperatura di ciascun elemento è proporzionale al peso atomico di quell'elemento, " ha detto Burrows. "Questo risultato risolve un problema importante nella comprensione delle onde d'urto astrofisiche e migliora la nostra comprensione del processo di shock".