[:it]Il resto di supernova Puppis A è un complesso acceleratore di particelle. Lo studio: “Evidence for protons accelerated and escaped from the Puppis A region using Fermi-LAT observations” di R. Giuffrida (INAF-OAPA/UNIPA/Université de Paris) pubblicato su A&A[:en]The supernova remnant Puppis A as an efficient particle accelerator. The study: “Evidence for protons accelerated and escaped from the Puppis A region using Fermi-LAT observations” of R. Giuffrida (INAF-OAPA/UNIPA/Université de Paris) appeared on A&A[:]

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Il resto di supernova Puppis A si rivela un efficiente acceleratore di particelle, attraverso meccanismi diversi nelle varie regioni del resto

Durante il 15º episodio della quarta stagione della serie fantascientifica Battlestar Galactica, l’automa Cavil si lamenta di non poter osservare l’Universo nei raggi X e gamma, essendo limitato, come gli esseri umani, alla sola banda del visibile. Se avesse potuto percepire i raggi gamma, la sua visione sarebbe stata abbagliata dall’emissione proveniente dai resti di supernova.

Queste nebulose, prodotte dalle esplosioni di supernova e dalla loro interazione con l’ambiente circostante, sono infatti estremamente efficaci nell’accelerare particelle fino ad energie relativistiche. Una manifestazione di questo processo è l’intensa emissione di raggi gamma osservata nella maggior parte dei resti di supernova, prodotta principalmente da tre meccanismi:

nel caso leptonico, i raggi gamma sono generati da elettroni relativistici che diffondono fotoni a bassa energia, incrementandone progressivamente l’energia fino a produrre radiazione gamma;
nel caso adronico, invece, i raggi gamma derivano da interazioni e decadimenti di particelle come i protoni;
un caso particolare di meccanismo adronico, proposto nel 2010, suggerisce che nei resti di supernova in interazione con dense nubi circostanti i raggi gamma possano essere prodotti all’interno delle nebulose compresse e riscaldate dalla radiazione incidente. In questo scenario, l’emissione gamma è accompagnata da una forte radiazione radio dovuta a particelle relativistiche “fuggite” dal resto di supernova e incidenti sulla nube, attraverso un processo chiamato sincrotrone (radiazione emessa da particelle ad alta energia in moto in un campo magnetico).

Uno dei resti di supernova più studiati nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico è Puppis A, situato a circa 4300 anni luce dal Sole e con un’età stimata di circa 4000 anni. Un team guidato dall’astrofisica R. Giuffrida (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Università degli Studi di Palermo e Université de Paris) ha analizzato i dati di una lunga campagna osservativa nei raggi gamma condotta con il satellite Fermi-LAT. Puppis A è noto per la sua emissione gamma asimmetrica, che indica la presenza di diversi meccanismi di produzione di questa radiazione nelle varie regioni del resto.

Lo studio conferma che nella regione nord-est, dove le onde d’urto che viaggiano in Puppis A interagiscono con una densa nube circostante, il meccanismo di emissione gamma resta incerto, anche se è certamente di natura adronica e legato a questa interazione. Nella regione opposta, a sud-ovest, dove il resto si espande in un mezzo a bassa densità, l’emissione gamma appare invece come conseguenza diretta dell’accelerazione di particelle relativistiche da parte del campo magnetico associato all’onda d’urto, comunemente osservato nei resti di supernova.

I risultati, descritti nell’articolo “Evidence for protons accelerated and escaped from the Puppis A region using Fermi-LAT observations”, recentemente pubblicato su Astronomy & Astrophysics, confermano il ruolo cruciale dei resti di supernova nell’accelerazione di particelle relativistiche tramite processi complessi, che possono variare anche all’interno di un singolo resto a seconda delle condizioni ambientali. Allo studio ha partecipato anche l’astrofisico M. Miceli dell’Università degli Studi di Palermo.

La figura di copertina (cliccare qui per visualizzarla) mostra una mappa dell’emissione gamma di Puppis A ottenuta con Fermi-LAT. Il cerchio bianco delimita la regione utilizzata per l’analisi spettrale, mentre i contorni verdi evidenziano l’emissione X osservata dal satellite eROSITA.

Mario Giuseppe Guarcello

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The supernova remnant Puppis A reveals itself as an efficient particle accelerator, through different mechanisms in different regions of the remnant

In the 15th episode of the fourth season of the science fiction series Battlestar Galactica, the automaton Cavil complains about not being able to observe the Universe in X-rays and gamma rays, being limited—like humans—to only the visible band. If he had been able to perceive gamma rays, his vision would have been dazzled by the emission from supernova remnants.

These nebulae, produced by supernova explosions and their interaction with the surrounding medium, are in fact extremely efficient at accelerating particles to relativistic energies. One manifestation of this process is the intense gamma-ray emission observed in most supernova remnants, produced mainly by three mechanisms:

in the leptonic case, gamma rays are generated by relativistic electrons scattering low-energy photons, progressively boosting their energy until gamma radiation is produced;
in the hadronic case, instead, gamma rays originate from interactions and decays of particles such as protons;
an alternative hadronic mechanism, proposed in 2010, suggests that in supernova remnants interacting with nearby clouds, gamma rays may be produced within the clouds themselves, compressed and heated by the incident radiation. In this scenario, the gamma-ray emission is accompanied by strong radio radiation from relativistic particles that have “escaped” the supernova remnant and impacted the cloud, through a process called synchrotron emission (radiation from high-energy particles moving in a magnetic field).

One of the most studied supernova remnants across the electromagnetic spectrum is Puppis A, located about 4300 light-years from the Sun and with an estimated age of about 4000 years. A team led by astrophysicist R. Giuffrida (INAF – Astronomical Observatory of Palermo, University of Palermo, and Université de Paris) analyzed data from a long gamma-ray observational campaign conducted with the Fermi-LAT satellite. Puppis A is known for its asymmetric gamma-ray emission, which points to the presence of different emission mechanisms at work in different regions of the remnant.

The study confirms that in the northeast region, where shock waves traveling through Puppis A interact with a dense surrounding cloud, the gamma-ray emission mechanism remains uncertain despite being hadronic in nature and although it is tied to this interaction. In the opposite region, to the southwest, where the remnant expands into a low-density medium, the gamma-ray emission instead appears as the direct result of relativistic particle acceleration by the magnetic field associated with the shock front—a process commonly observed in supernova remnants.

The results, described in the article “Evidence for protons accelerated and escaped from the Puppis A region using Fermi-LAT observations”, recently published in Astronomy & Astrophysics, confirm the crucial role of supernova remnants in accelerating relativistic particles through complex processes that can vary even within a single remnant depending on local conditions. Astrophysicist M. Miceli of the University of Palermo also contributed to the study.

The cover image (click here to view) shows a map of gamma-ray emission from Puppis A obtained with Fermi-LAT. The white circle marks the region used for spectral analysis, while the green contours outline the X-ray emission observed by the eROSITA satellite.