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American Association for the Advancement of Science
Le supernova potrebbero risultare in emissioni di raggi gamma, secondo quanto suggerito da due relazioni su Science
Le stelle che esplodono, chiamate supernova, potrebbero risultare in almeno qualche emissione di raggi gamma, le emissioni di energia più intense dell'universo. Due gruppi internazionali di ricerca riferiscono questi risultati nel numero 3 di novembre della rivista Science.
Le loro scoperte potrebbero essere di aiuto nella ormai decennale ricerca della soluzione della misteriosa causa di queste colossali esplosioni che avvengono ogni giorno in lontane galassie e che comportano enormi quantità di energia.
"Ci siamo chiesti da molto tempo quale sia l'ambiente in cui avvengono le emissioni di raggi gamma e quali siano gli antesignani di essi. Dato che si tratta di eventi comportanti così tanta energia, essi sono molto strani e difficili da spiegare," ha puntualizzato l'autore di Science, Filippo Frontera dell'Università di Ferrara a Ferrara, e dell'Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri (TESRE), CNR, a Bologna.
"Di recente ci siamo resi conto che le enormi esplosioni con emissioni di raggi gamma non cancellano completamente le tracce dei loro antesignani e anzi possono far luce sugli eventi che le precedono," ha spiegato l'autore Luigi Piro dell'Istituto di Astrofisica Spaziale, CNR, a Roma.
Piro e Frontera sono i due autori principali dei due articoli su Science. Ciascuno ha fatto parte di ambedue i gruppi di ricerca, che hanno studiato due recenti scoppi di raggi gamma.
I due gruppi hanno trovato prove che man mano che le esplosioni si espandevano come una bolla che si gonfia, passavano attraverso una vicina nube di gas ricca di ferro. Il ferro viene prodotto nelle esplosioni delle supernova, con cui alcune stelle terminano la loro esistenza.
Un "antenato" supernova è uno dei due modelli preferiti per spiegare le origini delle esplosioni di raggi gamma. Sebbene non sia ancora chiaro che cosa specificamente dia inizio agli scoppi, una ipotesi possibile comporta il collasso di un oggetto denso, come una stella di neutroni o buco nero, prodotto dalla supernova.
Secondo l'altro modello principale, lo scoppio viene alimentato da energia proveniente dalla fusione tra due oggetti densi che si avvicinano con movimento a spirale.
I ricercatori hanno studiato gli spettri di raggi X (sostanzialmente un arcobaleno alle lunghezze d'onda dei raggi X) emessi dagli scoppi di raggi gamma. Il gruppo di Piro ha utilizzato l'osservatorio americano Chandra X-Ray, mentre il gruppo di Frontera ha utilizzato il satellite BeppoSAX, un progetto italiano con partecipazione olandese.
Ambedue i gruppi hanno trovato "impronte digitali" negli spettri che indicano che le emissioni hanno incontrato una nube ricca di ferro.
Probabilmente la nube è stata prodotta durante un'esplosione di una supernova, hanno spiegato sia Frontera che Piro. Man mano che si svolge l'evoluzione delle stelle e queste diventano più calde, le reazioni nucleari che avvengono al centro di esse producono elementi sempre più pesanti. Quando la stella passa allo stadio di supernova, produce l'elemento più pesante possibile, il ferro.
Piro e il suo gruppo di ricercatori in Italia, Stati Uniti, Giappone, Olanda e Russia, hanno studiato gli spettri di raggi X emessi da una esplosione il 16 dicembre 1999. L'osservatorio Chandra ha rilevato lo scoppio 37 ore dopo l'inizio, e ha osservato la postluminescenza di raggi X per 3,4 ore.
Gli spettri hanno mostrato picchi di energia a due lunghezze d'onda importanti. Secondo gli autori, il primo picco è dovuto alla emissione di ferro che è stato ionizzato, il che sarebbe avvenuto quando l'esplosione è passata attraverso la nube di gas, asportando elettroni dai rispettivi atomi. Il secondo picco mostra l'emissione di ferro che si è ricombinato, che ha cioè riacquistato elettroni dopo l'evento.
"Le nostre osservazioni ci dicono che il materiale si sposta a una velocità di 30.000 chilometri al secondo, cioè il dieci per cento della velocità della luce, e che la nube ricca di ferro è estremamente densa. La grande massa di materia espulsa ci dice che il precursore era una stella con grande massa," ha osservato Piro.
La spiegazione più semplice di queste osservazioni, hanno suggerito Piro e i suoi colleghi, è che una supernova abbia espulso la nube poco prima dello scoppio di raggi gamma.
Anche gli spettri di raggi X misurati dal satellite BeppoSAX, durante i primi secondi di un'esplosione del 5 luglio 1999, indicano l'esistenza di uno sciame di atomi di ferro vicino allo scoppio, secondo Frontera e i suoi colleghi.
Il gruppo di Frontera, composto di ricercatori italiani e olandesi, ha creato un modello del minimo che appare nello spettro di raggi X durante i primi dieci secondi dell'evento. Secondo i loro calcoli, il picco corrisponde a ioni di ferro nei resti di una supernova nelle vicinanze dell'emissione di raggi gamma.
Quando però i ricercatori hanno calcolato la densità della nube hanno ottenuto un valore relativamente basso. Quindi hanno concluso che l'esplosione della supernova era avvenuta circa dieci anni prima dell'emissione.
Per spiegare i loro risultati, gli autori hanno fatto riferimento a quello che è da loro chiamato il modello "supernova", in cui l'emissione di raggi gamma proviene dal collasso di una stella di neutroni formata dalla supernova, piuttosto che direttamente dall'esplosione della supernova.
"Non possiamo ancora escludere altre ipotesi, ma questa è la più semplice e la più conforme ai nostri risultati" ha affermato Frontera.
I coautori di Piro dell'articolo Chandra sono: G. Garmire e P. Mészáros, dell'Università Penn State, a University Park, Pennsylvania; M. Garcia, dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a Cambridge, Massachusetts; G. Stratta, E. Costa e M. Feroci, dell'Istituto di Astrofisica Spaziale, CNR, a Roma; Mario Vietri, della Terza Università di Roma, a Roma; H. Bradt, del Massachusetts Institute of Technology, a Cambridge, Massachusetts; D. Frail, del NRAO, a Socorro, Nuovo Messico; Filippo Frontera, dell'Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri, a Bologna, e dell'Università di Ferrara, a Ferrara; J. Halpern, alla Columbia University, a New York, NY; J. Heise, alla Space Research Organization Netherlands, a Utrecht, Olanda; K. Hurley, alla University of California Space Science Laboratory, a Berkeley, California; N. Kawai e A. Yoshida, allo RIKEN, a Hirosawa, Giappone; R. M. Kippen, alla University of Alabama e NASA/Marshall Space Flight Center, a Huntsville, Alabama; F. Marshall, al NASA/Goddard Space Flight Center, a Greenbelt, Maryland; T. Murakami, allo ISAS, a Yoshinodai, Giappone; V. V. Sokolov, al SAO/RAS, a Zelenchukskaya, Russia, e T. Takeshima, alla National Space Development Agency of Japan, a Tokyo, Giappone. La ricerca per questo articolo è stata finanziata dalla NASA.
I coautori di Frontera sull'articolo BeppoSAX sono: Lorenzo Amati, dell'Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri, a Bologna, Italia; Jean J. M. in't Zand, John Heise ed Erik Kuulkers, alla Space Research Organization Netherlands, a Utrecht, Olanda; Paolo Soffitta, Enrico Costa, Luigi Piro, Marco Feroci e Giangiacomo Gandolfi, all'Istituto di Astrofisica Spaziale, CNR, a Roma; Stefano Del Sordo e Luciano Nicastro, all'Istituto di Fisica Cosmica con Applicazioni all'Informatica, a Palermo; Elena Pian, D. Dal Fiume, Nicola Masetti, Mauro Orlandini ed Eliana Palazzi, all'Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri, CNR, a Bologna; Lucio A. Antonelli, all'Osservatorio Astronomico di Roma, a Monte Porzio Catone; Cristiano Guidorzi ed Enrico Montanari, all'Università di Ferrara, a Ferrara. La ricerca per questo articolo è stata finanziata dall'Ente Spaziale Italiano e dal Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano.
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