Diversi regimi di accelerazione di particelle in un resto di supernova. Lo studio: “A Spatially Resolved Study of Hard X-Ray Emission in Kepler’s Supernova Remnant: Indications of Different Regimes of Particle Acceleration” di V. Sapienza (UNIPA/OAPA) pubblicato su ApJ
I raggi cosmici sono particelle cariche ad alta ed altissima energia, che costantemente “piovono” sul nostro pianeta. Tra gli ambienti astrofisici considerati responsabili dell’accelerazione di raggi cosmici, figurano principalmente i resti di supernova. Questi oggetti sono nebulose in rapida espansione, generate dalle esplosioni di stelle di grande massa. Nei resti di supernova, l’accelerazione delle particelle sembra avvenire lungo l’onda d’urto generata dalla supernova ed in espansione, attraverso un processo chiamato “diffusive shock acceleration“. Per farla breve, le particelle acquisiscono energia venendo riflesse più volte dai campi magnetici lungo l’onda d’urto (shock).
Evidenze sperimentali a supporto del ruolo dei resti di supernova nell’accelerazione di particelle vengono principalmente da osservazioni ai raggi X e raggi gamma. In particolare, identificando in questi oggetti emissione di questo tipo dovuta a particelle ad altissima energia in moto in campi magnetici (radiazione non termica di sincrotrone). In un resto di supernova possono esserci diversi regimi in cui le particelle vengono accelerate, che risultano in diverse caratteristiche della radiazione non termica osservata. Può cambiare, ad esempio, il valore di energia massima a cui le particelle possono essere portate, che si riflette nello spettro (ossia nella distribuzione di energia) della radiazione osservata e può venire limitata sia dalla perdita di energia per radiazione (loss-limited scenario) che dal tempo finito disponibile per l’accelerazione (time-limited scenario). L’analisi dell’emissione non termica dai resti di supernova, misurando valori come il tempo scala di perdita energetica del processo di sincrotrone (che è definito come il tempo in cui le particelle ad alta energia responsabili della radiazione di soncrotrone perdono il 50% della loro energia iniziale), può quindi permettere di distinguere tra questi scenari.
Il resto di supernova di Keplero è uno degli oggetti in cui è stata individuata emissione di radiazione non termica dovuta ad elettroni altamente energetici che, dall’analisi presentata nello studio descritto in questo articolo, si trovano in un regime loss limited. Questo resto di supernova è caratterizzato da una forma pressocchè sferica, con evidenze di interazione tra l’onda d’urto ed una nube di mezzo interstellare locale nella regione nord. Il team guidato dall’astrofisico V. Sapienza (Università degli Studi di Palermo ed INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha analizzato osservazioni ai raggi X del resto di supernova di Keplero ottenute con i satelliti ai raggi X NuSTAR della NASA e XMM-Newton dell’ESA, allo scopo di studiare l’emissione non termica proveniente da questo resto di supernova. Gli autori dello studio hanno definito alcune regioni attorno all’onda d’urto del resto di supernova, ed analizzato in ognuna di queste regioni le caratteristiche dell’emissione ai raggi X ed il processo di accelerazione delle particelle. I risultati di questa analisi evidenzia due differenti regimi di accelerazione delle particelle lungo il profilo del resto di supernova: l’accelerazione risulta infatti essere più efficiente lungo il profilo nord, dove l’onda d’urto sta investendo una nube di materiale pre-esistente, rispetto alla regione sud. Gli autori suggeriscono che questa differenza è una conseguenza diretta dell’interazione tra nube e onda d’urto, che amplifica e rende più turbolento il campo magnetico locale. Lo studio è descritto nell’articolo: “A Spatially Resolved Study of Hard X-Ray Emission in Kepler’s Supernova Remnant: Indications of Different Regimes of Particle Acceleration“, recentemente pubblicato dalla rivista The Astrophysical Journal. Tra i coautori dello studio, insieme a colleghi giapponesi delle Università di Tokyo e Saitama, figurano anche gli astronomi M. Miceli e G. Peres dell’Università degli Studi di Palermo e F. Bocchino e S. Orlando di INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
L’immagine (cliccare qui per visualizzare la figura interamente) mostra le immagini ai raggi X del resto di supernova di Keplero in diverse bande di energia della radiazione incidente. Il cerchio rosso delimita l’area da cui è stata estratto lo spettro totale del resto di supernova, il cerchio ciano delimita una regione caratterizzata da radiazione ad alta energia, descritta nel dettaglio nell’articolo. I poligoni bianchi delimitano invece le regioni analizzate in questo studio.
Mario Giuseppe Guarcello ( segui mguarce) ( youtube)
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