Un gruppo internazionale di astronomi, tra cui il Professor Mike Barlow dell’University College London, ha scoperto la prima prova conclusiva dell’esistenza di una stella di neutroni al centro della Supernova 1987A, un’esplosione stellare osservata 37 anni fa. Questa scoperta risolve un mistero di lunga data e contribuisce significativamente alla nostra comprensione delle supernove e del loro ruolo nel cosmo.
Il fenomeno spettacolare delle supernove
Le supernove rappresentano l’impressionante risultato finale del collasso di stelle con una massa superiore a 8-10 volte quella del Sole. Sono le principali fonti di elementi chimici (come carbonio, ossigeno, silicio e ferro) che rendono possibile la vita. Il nucleo collassato di queste stelle esplosive può risultare in stelle di neutroni molto più piccole, composte dalla materia più densa conosciuta nell’universo, o buchi neri.
La Supernova 1987A, situata nella Grande Nube di Magellano, una galassia nana vicina, è stata la supernova più vicina e luminosa osservata nel cielo notturno negli ultimi 400 anni.
Neutrini e la formazione di una stella di neutroni
I neutrini, particelle subatomiche incredibilmente piccole, sono stati prodotti nella supernova e rilevati sulla Terra il 23 febbraio 1987, il giorno prima che la supernova fosse visibile, indicando che una stella di neutroni doveva essersi formata. Tuttavia, non si sapeva se la stella di neutroni fosse persistita o collassata in un buco nero, poiché la stella è stata oscurata dalla polvere formatasi dopo l’esplosione.
Svelare il mistero con il telescopio spaziale James Webb
Nel nuovo studio, pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori hanno utilizzato due strumenti sul telescopio spaziale James Webb (JWST), MIRI e NIRSpec, per osservare la supernova a lunghezze d’onda infrarosse e hanno trovato prove di atomi pesanti di argon e zolfo i cui elettroni esterni erano stati strappati via (cioè gli atomi erano stati ionizzati) vicino al luogo dell’esplosione stellare.
Il team ha modellato vari scenari e ha scoperto che questi atomi potevano essere stati ionizzati solo dalla radiazione ultravioletta e dai raggi X provenienti da una stella di neutroni calda in raffreddamento o, in alternativa, dai venti di particelle relativistiche accelerate da una stella di neutroni in rapida rotazione e interagendo con il materiale della supernova circostante (nebulosa del vento del pulsar).
Se il primo scenario è vero, la superficie della stella di neutroni sarebbe di circa un milione di gradi, essendosi raffreddata da circa 100 miliardi di gradi al momento della formazione al centro del collasso più di 30 anni prima.
Prove dirette dal cuore della nebulosa
Il coautore Professor Mike Barlow (UCL Physics & Astronomy) ha dichiarato: “La nostra rilevazione con gli spettrometri MIRI e NIRSpec di James Webb di forti linee di emissione di argon e zolfo ionizzati dal centro stesso della nebulosa che circonda la Supernova 1987A è una prova diretta della presenza di una fonte centrale di radiazione ionizzante. I nostri dati possono essere spiegati solo con una stella di neutroni come fonte di energia di quella radiazione ionizzante.
La reazione della comunità scientifica
Il Professor Claes Fransson (Università di Stoccolma, Svezia), autore principale dello studio, ha affermato: “Grazie alla superba risoluzione spaziale e agli eccellenti strumenti su JWST, per la prima volta, siamo stati in grado di sondare il centro della supernova e ciò che è stato creato lì.
Due scenari di stella di neutroni
Nel loro studio, gli autori discutono due possibilità principali: o la radiazione dalla stella di neutroni appena nata e calda di un milione di gradi, o, in alternativa, la radiazione da particelle energetiche accelerate nel forte campo magnetico dalla stella di neutroni in rapida rotazione (pulsar). Questo è lo stesso meccanismo che opera nella famosa Nebulosa del Granchio con il suo pulsar al centro, che è il resto della supernova osservata dagli astronomi cinesi nel 1054.
I modelli di questi due scenari risultano in previsioni simili per lo spettro, che concordano bene con le osservazioni, ma sono difficili da distinguere. Ulteriori osservazioni con JWST e telescopi terrestri nella luce visibile, così come il telescopio spaziale Hubble, potrebbero essere in grado di distinguere questi modelli.
In entrambi i casi, queste nuove osservazioni con JWST forniscono prove convincenti di un oggetto compatto, molto probabilmente una stella di neutroni, al centro della SN 1987A.
In sintesi, queste nuove osservazioni di JWST, insieme alle precedenti osservazioni del progenitore e dei neutrini, forniscono un quadro completo di questo oggetto unico.
