Analisi di osservazioni ai raggi X conferma l’accelerazione di particelle in SN 1006

Il nostro pianeta viene constantemente bombardato da particelle altamente energetiche (principalmente protoni), chiamate “raggi cosmici“. lo studio dei raggi cosmici è un argomento di grande interesse per vari campi della scienza, ad esempio per le conseguenze che possono avere su attrezzature ed astronauti nello spazio (dove la naturale protezione fornita dal campo magnetico terrestre è minore o nulla). Alcune di queste particelle possono anche raggiungere energie estremamente elevate, fino ad un ordine di 10²⁰ eV, più di 40 milioni di volte l’energia massima prodotta dal Large Hadronic Collider, il più grande acceleratore di particelle costruito dall’uomo.

 

Cosa accelera le particelle fino ad energie così elevate? Da tempo è stato suggerito che raggi cosmici fino ad energia di qualche PeV (10¹⁵ eV) possano venire accelerati nei resti di supernova, nebulose in rapida espansione prodotte dall’esplosione di stelle di grande massa, che potrebbero cedere fino al 10%-20% della loro energia cinetica alle particelle che vengono accelerate. Osservate alle onde radio ed ai raggi X, queste nebulose mostrano spesso emissione dovute a particelle relativistiche in moto in campi magnetici (emissione di sincrotrone). In alcuni casi è stata anche individuata emissione di raggi gamma, prodotta dall’interazione tra protoni relativistici ed il mezzo (gas e polveri) dentro cui il resto di supernova si sta espandendo. Aver individuato queste emissioni non fornisce però una prova certa del fatto che i resti di supernova possano produrre raggi cosmici. Una prova più concreta potrebbe arrivare dalla stima della densità del materiale compresso dall’onda d’urto prodotta dalla supernova ed in rapida espansione. Il materiale compresso nei resti di supernova soddisfa infatti le condizioni di “shock forte“: il materiale compresso (post-shock) ha una densità 4 volte maggiore del materiale ancora non compresso (pre-shock). Modelli che descrivono il meccanismo di accelerazione di raggi cosmici prevedono invece che questo rapporto di densità deve essere almeno pari a 7, e deve dipendere dall’orientamento tra il campo magnetico locale e la direzione di propagazione dell’onda d’urto (0 se perpendicolari, massimo se paralleli).

 

Il resto di supernova SN 1006 è uno degli oggetti più interessanti per studiare il ruolo dei resti di supernova nell’accelerazione di raggi cosmici. SN 1006, infatti, si sta espandendo in un mezzo tenue ed uniforme, come testimoniato dalla sua forma pressocchè circolare. Questo facilità la misura di densità pre- e post-shock e la loro dipendenza dall’angolo tra campo magnetico e direzione di propagazione dell’onda d’urto. Diversi studi hanno anche dimostrato l’esistenza di particelle relativistiche in questo resto di supernova. SN 1006 è stato quindi l’oggetto dello studio guidato dall’astrofisica R. Giuffrida (Università degli Studi di Palermo e INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo), basato su osservazioni ai raggi X ottenuti dal satellite Chandra della NASA e XMM-Newton dell’ESA. Concentrandosi su regioni che non presentano materiale stellare espulso dalla supernova (ejecta) e dove è stata osservata emissione di raggi X da parte di particelle relativistiche, il team di ricercatori ha verificato che il materiale pre- e post-shock presenta rapporti di densità elevati, che aumentano quando la direzione del capo magnetico locale è parallela rispetto alla direzione di propagazione dell’onda d’urto. Questo fornisce una prova sostanziale che SN 1006 sia un acceleratore di particelle cosmico, capace di produrre raggi cosmici. Lo studio è descritto nell’articolo: “The supernova remnant SN 1006 as a Galactic particle accelerator“, recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communication. Allo studio hano partecipato M. Miceli (corresponding author della pubblicazione) e G. Peres dell’Università degli Studi di Palermo (affiliati INAF) insieme a F. Bocchino, E. Greco e S. Orlando dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, insieme a colleghi delle Università di Chigago, Amsterdarm e Parigi-Saclay.

 

La figura (cliccare qui per visualizzare l’immagine interamente) mostra il fattore di compressione (ossia il rapporto tra la densità post- e pre-shock) misurato in funzione dell’angolo tra direzione del campo magnetico e propagazione dell’onda d’urto. I valori più alti sono osservati quando le due direzioni sono parallele. Le linee mostrano gli andamenti attesi assumendo valori diversi di alcuni parametri come l’amplificazione del campo magnetico e la riaccelerazione dei raggi cosmici già presenti.

 

A questo link è possibile scaricare un modello tridimensionale per stampanti 3D di SN1006, basato su modelli sviluppati dagli astronomi dell’Osservatorio Astronomico di Palermo. Uno di questi modelli 3D è visualizzabile a questo link.

 

Mario Giuseppe Guarcello  ( segui mguarce) ( youtube)

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