[:it]Emissione non termica di raggi X da ejecta superveloci in SN 1006[:en]Non thermal X-ray radiation from superfast ejecta in SN 1006 [:]

[:it]I resti di supernova, ovvero le nebulose in rapida espansione create dalle esplosioni di supernova, possono costituire intense sorgenti di radiazioni ad alta energia, in particolare raggi X. Tale radiazione può manifestarsi in due forme: termica e non termica. La radiazione termica deriva da materiale denso ed è strettamente correlata alla temperatura del materiale. Per emettere radiazione termica ai raggi X, il materiale deve raggiungere temperature dell’ordine dei milioni di gradi. L’emissione non termica, al contrario, è il risultato di processi fisici che coinvolgono particelle ad altissima energia, o causata da transizioni atomiche in atomi altamente ionizzati.

Un meccanismo alternativo per la generazione di emissione non termica di raggi X nei resti delle supernove è associato al movimento ad altissima velocità all’interno del denso mezzo interstellare dei frammenti stellari espulsi durante la supernova. Tali frammenti possono infatti generare un’onda d’urto capace di accelerare particelle ad energie elevate. Queste particelle, a loro volta, possono ionizzare gli atomi presenti nel frammento, dando luogo all’emissione di raggi X.

 

Diversi resti di supernova sono stati oggetto di studio nel corso degli anni, incluse alcune ricerche guidate da astronomi del nostro Osservatorio, allo scopo di analizzarne l’emissione non termica di raggi X. Tra questi spicca sicuramente SN 1006. Si tratta di un resto di supernova di tipo Ia, ossia la cui progenitrice era una nana bianca in un sistema binario. SN 1006 è un resto giovane (la supernova da cui si è formato è avvenuta nel 1006), che occupa una posizione peculiare, trovandosi a soli 7200 anni luce da noi ed ad una distanza di circa 1800 anni luce dal piano Galattico. Nel caso di SN 1006, l’emissione di raggi X non termica è concentrata in due lobi che si trovano in due posizioni, speculari rispetto al centro del residuo di supernova, dove l’onda d’urto accelera elettroni in maniera piu’ efficiente.

 

Date le sue caratteristiche peculiari, non sorprende che SN 1006 sia stato oggetto di osservazioni da parte dei più importanti osservatori ai raggi X a nostra disposizione. Il team di ricercatori guidato dall’astrofisica R. Giuffrida (Università degli Studi di Palermo ed INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha analizzato le osservazioni ottenute dai satelliti Chandra e NuSTAR della NASA e da XMM/Newton dell’ESA, al fine di comprendere l’origine dell’emissione non termica di raggi X in SN 1006.

In particolare, lo studio ha focalizzato l’attenzione su una regione luminosa e compatta nelle immagini ai raggi X, e visibile anche nell’infrarosso, situata a sud-ovest e distante circa 6 anni luce dall’onda d’urto del resto di supernova. L’analisi delle immagini ai raggi X ha permesso di identificare un’intensa emissione dovuta ad atomi di neon, silicio e ferro altamente ionizzati. Tale emissione non termica non è compatibile con quella prodotta da particelle relativistiche, che, fuggite dallo shock, diffondono nella nube con cui il resto di supernova sta interagendo, bensì da un frammento della stella esplosa, con una massa totale di circa un millesimo della massa solare, che si sposta a velocità estremamente elevate (migliaia di km/s) all’interno della nube.

L’emissione non termica ai raggi X da frammenti ad alta velocità è stata precedentemente osservata in altri resti di supernova, come IC 443, ma questa rappresenta la prima volta in cui tale emissione è osservata provenire da frammenti ricchi di ferro, silicio e neon in supernove di tipo Ia. I risultati dello studio sono descritti nell’articolo intitolato “Indication of a fast ejecta fragment in the atomic cloud interacting with the southwestern limb of SN 1006“, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy and Astrophysics. Tra gli autori dello studio figurano anche gli astronomi M. Miceli (Università degli Studi di Palermo) e F. Bocchino e S. Orlando (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo).

 

L’immagine di copertina (cliccare qui per visualizzarla completamente) mostra quattro osservazioni ai raggi X del nodo oggetto di questo studio. Nel pannello in alto a sinistra è mostrata un’osservazione del satellite Chandra realizzata nel 2003, con la linea bianca a indicare la direzione del resto di supernova. Nel pannello in alto a destra, invece, è mostrata un’immagine Chandra del 2012, con evidenziata la posizione del 2003. Nei pannelli in basso sono mostrate le osservazioni ottenute dal satellite XMM/Newton nel 2004 e nel 2010.

 

 

[:en]Supernova remnants, which are nebulae produced by explosion of supernovae and undergoing rapid expansion, typically serve as intense sources of high-energy radiation, particularly in the form of X-ray emissions. This radiation can be of two different types: thermal and non-thermal. Thermal radiation is emitted by dense material and is contingent upon the temperature of the emitting gas. To emit X-rays, the temperature must be on the order of millions of degrees. Non-thermal emission, on the other hand, is generated by physical processes involving particles at extremely high energy, or it can result from electronic transitions in highly ionized atoms.

An alternative mechanism for the production of non-thermal X-ray radiation is associated with the presence of high-velocity ejecta, fragments of exploded stars expelled by the supernova, moving at speeds exceeding thousands of kilometers per second through dense material. These fragments can generate bow shocks in the surrounding gas, where particles may be accelerated to relativistic energies. Such accelerated particles can ionize gas atoms, leading to the emission of X-ray photons.

 

In order to comprehend the mechanisms behind the production of non-thermal X-ray radiation, numerous supernova remnants have been studied in recent years, with some investigations led by astronomers from our observatory. Among these remnants, SN 1006 holds particular significance. It originated from a type Ia supernova, the progenitor of which is an accreting white dwarf in a binary system, and it exploded in the 1006. Therefore, it is a relatively young supernova remnant, situated in a rather peculiar position—7200 light years away from us and 1800 light years distant from the Galactic plane. In the case of SN 1006, the non-thermal X-ray emission emanates from two lobes positioned in a specular manner in the south-west and north-east, where the acceleration of electrons by the shock is more efficient.

 

Given its unique characteristics, it is not surprising that SN 1006 has become observed in X-rays using the most powerful telescopes available. A team of researchers, led by the astronomer R. Giuffrida (University of Palermo and INAF – Astronomical Observatory of Palermo), analyzed observations obtained from NASA satellites Chandra and NuSTAR, as well as the ESA satellite XM/Newton, to unravel the origin of the non-thermal X-ray radiation from SN 1006.

The study particularly concentrates on a bright X-ray knot, also visible in infrared, situated in the south-east, approximately 6 light years in front of the expanding shock. Analysis of the X-ray images revealed that a significant portion of the non-thermal radiation emanates from highly ionized atoms of neon, silicon, and iron. This emission is inconsistent with being produced by relativistic particles. The most plausible hypothesis, supported by physical models, suggests that it is emitted by a superfast fragments of the exploded star, with a mass of a thousandth of the solar mass, traveling ahead of the shock and interacting with the dense surrounding gas.

Non-thermal emission from high-velocity ejecta has been previously identified in other remnants, such as IC 443, but this marks the first detection from a type Ia remnant with Fe/Si/Ne-rich ejecta. The study’s findings are described in the article titled “Indication of a fast ejecta fragment in the atomic cloud interacting with the southwestern limb of SN 1006,” recently published in the journal Astronomy and Astrophysics. Coauthors include M. Miceli (University of Palermo) and F. Bocchino and S. Orlando (INAF – Astronomical Observatory of Palermo).

 

The cover figure (click here to view it in its entirety) displays four images of the X-ray knot analyzed in this study. The top-left panel presents an image captured by Chandra in 2003. The white line indicates the direction of the center of SN 1006. The top-right panel exhibits a Chandra image obtained in 2012, with the 2003 position marked. In the bottom panels, there are images acquired with XMM/Newton in 2004 and 2010.

 

Mario Giuseppe Guarcello  ( follow mariospiegacose) ( mariospiegacose) ( follow mariospiegacose)

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