Gli astronomi continuano ad applicarsi con successo, al fine di ottenere il meglio del meglio, dai telescopi a loro disposizione: e i risultati non si fanno attendere. Nel campo degli oggetti lontani, infatti, è appena stato registrato un nuovo record: la supernova Ia più distante mai individuata.

Ricordiamo che le supernovae sono divise in varie classi, a seconda delle caratteristiche fisiche del sistema che va incontro alla deflagrazione: in particolare le supernovae Ia sono originate dalle esplosione di una stella nana bianca, verosimilmente in fase di accrescimento massa da una compagna in un sistema binario.

Ebbene, la supernova appena scoperta si trova a più di dieci miliardi di anni luce da noi, con un valore di redshift pari a 1,94. In pratica, quando si verificò l’esplosione che vediamo ora, l’universo stesso era ancora molto giovane, in fase di furibonda formazione stellare.

Ecco l’impronta della supernova Ia più lontana mai osservata. Tre riquadri: a sinistra la galassia prima dell’esplosione, a destra la galassia dopo l’esplosione. Sembrano identiche ma la differenza, nel riquadro più a destra, mostra un oggetto brillante, la supernova stessa (Crediti: NASA, ESA, A. Riess (STScI and JHU), and D. Jones and S. Rodney (JHU))

L’oggetto appena scoperto prende il nome di SN Wilson (dal nome del presidente americano Woodrow Wilson, in carica dal 1913 al 1921), ed è stata individuata nell’ambito del CANDELS+CLASH Supernova Project, a cui già dobbiamo la scoperta di oltre cento supernovae, che sono esplose da 2,4 ad oltre 10 miliardi di anni fa.

La scoperta e lo studio di supernovae di classe Ia è di fondamentale importanza per la messa a punto di una accurata scala delle distanze cosmiche: a motivo del picco di luminosità che si ritiene praticamente identico, queste supernovae sono ampiamente utilizzate come candele standard per ottenere una affidabile stima della distanza della galassia che le ospita.

Perfezionare la conoscenza di questi oggetti dunque vuol dire avere stime sempre più precise delle posizione delle galassie e dei vari oggetti astronomici. A sua volta questo è decisivo per la costruzione di accurati modelli di universo, nonché per la verifica del suo tasso di espansione. Attraverso questa catena di conoscenze, possiamo arrivare a dire qualcosa di più preciso sulla natura dell’energia oscura, questa componente ancora largamente sconosciuta, che influenza profondamente l’espansione stessa del cosmo. Ecco perché gli astronomi ritengono studi come questo di grandissima importanza.

“Una volta che elimini l’impossibile, quello che rimane – per quanto improbabile – deve essere vero”, avrebbe detto Sherlok Holmes. Ecco qui un caso in cui tale massima si applica in pieno…

Utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble, gli astronomi sono riusciti a risolvere un puzzle che li aveva tenuti occupati da tempo: la questione era centrata sulla natura della stella progenitrice di una supernova in una galassia vicina. I nuovi dati raccolti da Hubble infatti permettono di scegliere uno tra i diversi scenari teorici che erano stati avanzati riguardo la natura della stella esplosa a supernova.

Basandosi su osservazioni precedenti raccolte con telescopi a terra, i ricercatori già sapevano che un tipo particolare di supernova, chiamata “Ia”, era all’origine della struttura denominata SNR 0509-67.5, lontana circa 170.000 anni luce, nella galassia chiamata Grande Nube di Magellano. Il problema era determinare la natura esatta della stella, o delle stelle, che avevano originato la supernova stessa.

L'occhio di Hubble ha aiutato a capire la natura di un resto di supernova, tagliando via le ipotesi non verificate (Crediti: NASA, ESA, CXC, SAO, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), and J. Hughes (Rutgers University))

Da notare che la cosa in se stessa è di importanza decisiva, perché le supernovae di tipo Ia sono gli oggetti celesti principali per misurare l’accelerazione dell’universo. Dunque la loro comprensione è importante per una lunga serie di tematiche, che vanno dalla fisica stellare alla cosmologia.

Ebbene, per anni gli astronomi hanno cercato una possibile stella compagna di una nana bianca, senza trovarla, portati a tale convinzione dalle speculazioni teoriche. Ora nemmeno Hubble l’ha vista, pur avendo il necessario potere risolutivo. Esiste solo una soluzione: che la supernova sia originata da due nane bianche in orbita molto stretta.  Le due nane si sarebbero così progressivamente avvicinate fino a fondersi in una struttura più grande, ma istabile, che dunque è esplosa.

La giovane età dei resti di supernova, porta ad escludere che eventuali stelle residue possano aver abbandonato la struttura: non ne avrebbero avuto il tempo.

Tolto tutto il resto, l’improbabile (le due nane bianche, in questo caso) deve essere vero. In fondo, lo sappiamo, la scienza procede “tagliando” via le ipotesi che non vengono verificate dall’indagine empirica: sono sempre i fatti, che decidono…

HubbleSite Press Release

Gli astronomi conoscono ormai un buon numero dei cosiddetti resti di supernova, quegli spettacolari oggetti celesti costituiti dalla materia che rimane in seguito all’esplosione a supernova di una struttura stellare. Tra questi è decisamente peculiare quello definito dalla sigla G299.2-2.9: le evidenze in nostro possesso portano a ritenere che siano i resti di una supernova di “tipo Ia”, dove una stella nana bianca è cresciuta sufficientemente (a spese di una compagna) per arrivare infine all’esplione termonucleare.

Essendo ben più vecchia della maggior parte dei resti di supernova causati da queste esplosioni, ad una età stimata di circa 4500 anni, G299.2-2.9 si presenta come una ottima occasione per gli astronomi, per studiare l’evoluzione nel tempo di questi oggetti.

L'immagine composita del resto di supernova G299.2-2.9. L'ampiezza della struttura è di circa 114 anni luce (Crediti: X-ray: NASA/CXC/U.Texas/S.Park et al, ROSAT; Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF)

L’immagine composita qui presentata mostra il resto di supernova in banda X (dati da Chandra), insieme con dati forniti dalla sonda ROSAT (in colore arancione), riportati sopra una immagine in infrarosso ottenuta dalla Two Micron Sky Survey (2MASS).

La debole emissione in banda X proveniente dalle regioni interne rivela la presenza piuttosto abbondante di ferro e silicio, come da attendersi per questo tipo di supernovae. Gli strati più esterni invece risultano abbastanza complessi, con segni della presenza di una struttura ad (almeno) due strati. Tipicamente, questo è associato con l’esplosione di una stella in una zona dove gas e polveri non sono uniformemente distribuiti.

E qui sta il bello: siccome le teorie più diffuse assumono che la supernova scoppi in un ambiente uniforme, lo studio dettagliato di  G299.2-2.9 dovrebbe aiutare non poco gli astronomi a capire la natura degli ambienti dove le supernove esplodono realmente. 

A sua volta, la caratterizzazione sempre migliore delle supernovae di tipo 1a è fondamentale per lo studio del cosmo: queste sono infatti tra le più diffuse “candele campione” – oggetti dalla cui luminosità si confida di ricavare affidabili stime di distanza. Attraverso di loro si studia – tra l’altro – la materia oscura e il grado di accelerazione cosmica. Sì, proprio quella accelerazione che ha portato il recente Nobel per la fisica a Saul Perlmutter, Brian Schimdt e Adam Reiss.

Chandra Press Release

Una recente immagine di Chandra ci mostra nuovi intriganti dettagli della Nebulosa della Carena, una regione di alta formazione stellare posta nel braccio “Sagittario-Carina” della nostra Via Lattea, ad appena 7500 anni luce dalla Terra.

L’immagine è stata acquisita in banda X; i diversi colori rappresentano dunque diverse “durezze” dei raggi X provenienti dalla regione (quelli più “duri”, di più alta energia, sono in colore blu, quelli di energia minore sono in rosso). L’occhio assai attento della sonda Chandra ha potuto scorgere ben 14.o00 stelle nella regione, rivelando anche un alone diffuso di radiazione in banda X. Ha anche fornito una decisa evidenza di come con ogni probabilità diverse stelle siano già esplose in supernova in tale attivissima regione.

L'immagine Chandra della Nebulosa della Carena (Crediti: NASA/CXC/PSU/L.Townsley et al.)

La survey Chandra ha qualcosa di spettacolare, a pensarci. La tecnica di creazione dell’immagine stessa è straordinaria: ci sono voluti oltre 1,2 milioni di secondi di osservazione (circa due settimane) per creare questo mosaico, fatto in realtà di ben 22 diversi puntamenti (con un campo di vista di circa 1,4 gradi quadrati, niente affatto piccolo). Il frutto di tale lavoro ha appunto permesso di rilevare l’ingente numero di stelle citato.

Secondo un approccio sempre più utilizzato (e sempre molto fecondo), i dati sono stati posti a confronto con osservazioni in altre bande: Spitzer e il Very Large Telescope hanno fornito preziosi dati in banda infrarossa della stessa regione.

Le cose che si imparano dall’analisi dei dati così raccolti sono molteplici.

• Diverse evidenze supportano il fatto che la produzione di supernovae nella regione sia già iniziata. Ad esempio, il deficit di raggi X che “affligge” l’ammasso stellare chiamato Trumpler 15 (localizzato nei pressi del centro della regione) lascia pensare che molte delle stelle più massicce (a vita più breve), forti produttori di raggi X, siano già “scomparse” dalla scena, esplodendo appunto a supernovae.
• Similmente, l’alone in banda X diffuso potrebbe essere dovuto a supernovae già esplose (oltre che a venti stellari originati da stelle di grande massa)
• Questo quadro è anche supportato dalla scoperta di sei stelle di neutroni, che dovrebbero essere niente altro che i residui di altrettante supernovae (in precedenza se ne conosceva una soltanto).
• Si è anche scoperta una “nuova” popolazione si stelle giovani e di grande massa; questo raddoppia il numero conosciuto di stelle probabilmente destinate ad essere distrutte con spettacolari esplosioni a supernovae.

Nel complesso, una raccolta dati molto accurata e – si direbbe – molto ben pianificata, che non ha mancato di dare risultati importanti per lo studio delle supernovae, e delle regioni di forte formazione stellare.

Chandra Press Release

Le supernovae sono certamente tra gli eventi più energetici e violenti nell’intero Universo. Queste difatti costituiscono l’esplosione finale che segna la fine del ciclo di vita di alcuni tipi di stelle. L’energia cinetica tipicamente rilasciata in queste esplosioni può raggiungere i 10⁵¹ erg (un valore davvero enorme) mentre gli strati più esterni della stella vengono espulsi a velocità che possono raggiungere anche il 10% di quella della luce, la massima velocità permessa nel mondo fisico. Una normale supernova brilla come miliardi di stelle normali tutte assieme, e l’energia totale rilasciata supera quella prodotta dal Sole durante il suo intero ciclo di vita di circa 10 miliardi di anni.

Nell’ultimo decennio il quadro delle esplosioni di supernova si è un po’ complicato, poichè è stato scoperto che in alcuni casi le stelle di grande massa producono esplosioni che possono essere anche 100 volte meno energetiche del normale. Tali esplosioni sono anche caratterizzate da basse velocità degli strati espulsi più esterni, e da più deboli luminosità. In effetti, vi sono dei casi particolari, previsti dalla teoria, in cui tale “piccole esplosioni” potrebbero verificarsi.

Fino ad oggi, comunque, tutte le supernovae deboli osservate mostravano la presenza, al momento dell’esplosione, il loro strato più esterno di idrogeno. E’ una cosa piuttosto sorprendente, poichè si ritiene che vi possano essere diversi meccanismi all’opera – soprattutto per le supernovae deboli – per rimuovere l’inviluppo di idrogeno.

La regione dove è stata scoperta la supernova SN2008ha.
Crediti: sito web del Telescopio Nazionale Galileo

Ora finalmente un gruppo di ricercatori, è riuscito a trovare una supernova debole in cui lo strato di idrogeno esterno non è rilevabile. L’evento, chiamato SN 2008ha, è stato scoperto nella costellazione di Pegaso, a circa 67 milioni di ani luce dalla Terra. La ricerca si è giovata tra l’altro di diverse osservazioni della supernova compiute attraverso il
Telescopio Nazionale Galileo, situato alle Isole Canarie, in Spagna.

• Press Release del Telescopio Nazionale Galileo
  
• Press Release INAF (in italiano)

Chandra Press Release