Cosa rimane della stella che è esplosa appena fuori dalla nostra galassia nel 1987? I detriti hanno oscurato la vista degli scienziati, ma due dei telescopi a raggi X della NASA hanno rivelato nuovi indizi.

Da quando gli astronomi hanno catturato la brillante esplosione di una stella il 24 febbraio, 1987, i ricercatori hanno cercato il nucleo stellare schiacciato che avrebbe dovuto essere lasciato indietro. Un gruppo di astronomi che utilizzano i dati delle missioni spaziali della NASA e dei telescopi terrestri potrebbe averlo finalmente trovato.

Essendo la prima supernova visibile ad occhio nudo in circa 400 anni, La supernova 1987A (o SN 1987A in breve) ha suscitato grande entusiasmo tra gli scienziati e presto è diventata uno degli oggetti più studiati nel cielo. La supernova si trova nella Grande Nube di Magellano, una piccola galassia compagna della nostra Via Lattea, solo circa 170, 000 anni luce dalla Terra.

Mentre gli astronomi osservavano i detriti esplodere verso l'esterno dal luogo della detonazione, hanno anche cercato ciò che sarebbe dovuto rimanere del nucleo della stella:una stella di neutroni.

Dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e dati inediti del Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA, in combinazione con i dati dell'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) a terra riportati lo scorso anno, presentano ora un'intrigante raccolta di prove per la presenza della stella di neutroni al centro di SN 1987A.

"Da 34 anni, gli astronomi hanno setacciato i detriti stellari di SN 1987A per trovare la stella di neutroni che ci aspettiamo sia lì, ", ha detto il leader dello studio, Emanuele Greco, dell'Università di Palermo in Italia. "Ci sono stati molti indizi che si sono rivelati vicoli ciechi, ma pensiamo che i nostri ultimi risultati potrebbero essere diversi".

Quando una stella esplode, collassa su se stesso prima che gli strati esterni vengano lanciati nello spazio. La compressione del nucleo lo trasforma in un oggetto straordinariamente denso, con la massa del Sole schiacciata in un oggetto di sole 10 miglia di diametro. Questi oggetti sono stati soprannominati stelle di neutroni, perché sono fatti quasi esclusivamente di neutroni densamente impacchettati. Sono laboratori di fisica estrema che non possono essere duplicati qui sulla Terra.

Stelle di neutroni a rotazione rapida e altamente magnetizzate, chiamate pulsar, producono un raggio di radiazione simile a un faro che gli astronomi rilevano come impulsi quando la sua rotazione spazza il raggio attraverso il cielo. Esiste un sottoinsieme di pulsar che producono venti dalle loro superfici, a volte quasi alla velocità della luce, che creano strutture intricate di particelle cariche e campi magnetici note come "nebulose di vento pulsar".

Con Chandra e NuSTAR, il team ha trovato raggi X a energia relativamente bassa dai detriti di SN 1987A che si schiantavano contro il materiale circostante. Il team ha anche trovato prove di particelle ad alta energia utilizzando la capacità di NuSTAR di rilevare raggi X più energetici.

Ci sono due probabili spiegazioni per questa emissione energetica di raggi X:o una nebulosa del vento pulsar, o particelle che vengono accelerate ad alte energie dall'onda d'urto dell'esplosione. Quest'ultimo effetto non richiede la presenza di una pulsar e si verifica a distanze molto maggiori dal centro dell'esplosione.

L'ultimo studio a raggi X supporta il caso della nebulosa del vento pulsar - il che significa che la stella di neutroni deve essere lì - discutendo su un paio di fronti contro lo scenario dell'accelerazione dell'onda d'urto. Primo, la luminosità dei raggi X ad alta energia è rimasta pressoché invariata tra il 2012 e il 2014, mentre l'emissione radio rilevata con l'Australia Telescope Compact Array è aumentata. Questo va contro le aspettative per lo scenario dell'onda d'urto. Prossimo, gli autori stimano che ci vorrebbero quasi 400 anni per accelerare gli elettroni fino alle energie più alte viste nei dati NuSTAR, che è oltre 10 volte più vecchio dell'età del residuo.

"Gli astronomi si sono chiesti se non sia passato abbastanza tempo per la formazione di una pulsar, o anche se SN 1987A creasse un buco nero, " ha detto il co-autore Marco Miceli, anche dall'Università di Palermo. "Questo è stato un mistero in corso per alcuni decenni, e siamo molto entusiasti di portare nuove informazioni sul tavolo con questo risultato".

I dati Chandra e NuSTAR supportano anche un risultato del 2020 di ALMA che ha fornito possibili prove per la struttura di una nebulosa del vento pulsar nella banda di lunghezze d'onda millimetriche. Mentre questo "blob" ha altre potenziali spiegazioni, la sua identificazione come nebulosa del vento pulsar potrebbe essere confermata con i nuovi dati a raggi X. Questa è un'ulteriore prova a sostegno dell'idea che ci sia una stella di neutroni lasciata indietro.

Se questa è davvero una pulsar al centro di SN 1987A, sarebbe il più giovane mai trovato.

"Essere in grado di osservare una pulsar essenzialmente sin dalla sua nascita sarebbe senza precedenti, " ha affermato il coautore Salvatore Orlando dell'Osservatorio Astronomico di Palermo, una struttura di ricerca dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Italia. "Potrebbe essere un'opportunità irripetibile per studiare lo sviluppo di una piccola pulsar".

Il centro di SN 1987A è circondato da gas e polvere. Gli autori hanno utilizzato simulazioni all'avanguardia per capire come questo materiale assorbirebbe i raggi X a diverse energie, consentendo un'interpretazione più accurata dello spettro dei raggi X, ovvero la quantità di raggi X a diverse energie. Ciò consente loro di stimare quale sia lo spettro delle regioni centrali di SN 1987A senza il materiale oscurante.

Come spesso accade, sono necessari più dati per rafforzare la tesi della nebulosa del vento pulsar. Un aumento delle onde radio accompagnato da un aumento dei raggi X ad energia relativamente alta nelle osservazioni future sarebbe contrario a questa idea. D'altra parte, se gli astronomi osservano una diminuzione dei raggi X ad alta energia, quindi la presenza di una nebulosa pulsar vento sarà confermata.

I detriti stellari che circondano la pulsar svolgono un ruolo importante assorbendo pesantemente la sua emissione di raggi X a bassa energia, rendendolo al momento non rilevabile. Il modello prevede che questo materiale si disperderà nei prossimi anni, che ne ridurrà il potere assorbente. Così, l'emissione della pulsar dovrebbe emergere in circa 10 anni, rivelando l'esistenza della stella di neutroni.

Un documento che descrive questi risultati è stato pubblicato questa settimana in Il Giornale Astrofisico , e una prestampa è disponibile online.