La supernova SN 2023ixf offre un’opportunità unica per studiare i raggi cosmici e le supernovae, sollevando domande sulle loro origini e produzione.
La supernova SN 2023ixf ha offerto agli astronomi un’opportunità insolita quando è esplosa l’anno scorso. Purtroppo, ha approfondito, piuttosto che risolto, il problema dell’esplicazione dei raggi cosmici. Ha anche messo in dubbio i modelli delle supernovae, ma hey, se avessimo tutte le risposte, non avremmo bisogno degli scienziati.
Ora rileviamo migliaia di supernovae ogni anno, ma la maggior parte di queste si trova a miliardi di anni luce di distanza, limitando quanto possiamo imparare su di esse su base individuale. A 21 milioni di anni luce di distanza, la SN 2023ixf era proprio dietro l’angolo celeste, per fare un confronto. Questo ha dato agli appassionati l’opportunità di raccogliere alcune splendide immagini della supernova e della sua galassia ospite, la Pinwheel.
Per gli astronomi professionisti, rappresentava la migliore occasione per studiare la produzione di raggi gamma di una supernova dal 2008, anno in cui è stato lanciato il telescopio spaziale Fermi. Gli astrofisici hanno precedentemente stimato che le supernovae convertano circa il 10% della loro energia totale in accelerazione di raggi cosmici, ha detto il dottor Guillem Martí-Devesa dell’Università di Trieste in una dichiarazione. Ma non abbiamo mai osservato direttamente questo processo.
I raggi cosmici sono particelle cariche (principalmente protoni) che sono state accelerate vicino alla velocità della luce da qualche tipo di evento astronomico. Bombardano costantemente la Terra e possono avere effetti importanti sull’atmosfera, come la produzione del carbonio-14 che usiamo per misurare l’età degli artefatti. Tuttavia, quando gli astronomi dicono che sono prodotti da eventi astronomici, stanno facendo supposizioni basate sul fatto che non ci sia un’alternativa ovvia. Non sappiamo quali eventi li producano e in quali quantità.
Potrebbe sembrare che questo dovrebbe essere facile da testare – aspettare fino a quando non si nota qualcosa di drammatico e cercare i raggi dopo. Tuttavia, ci sono due problemi con questo. In primo luogo, il ritardo può essere piuttosto lungo. Anche se qualcosa viaggia al 99,9 percento della velocità della luce, può essere in ritardo rispetto ai fotoni rilasciati allo stesso tempo di migliaia di anni se la distanza è abbastanza grande. In secondo luogo, i campi magnetici, compreso quello della Terra, piegano i percorsi delle particelle cariche in arrivo, quindi non possiamo identificare con precisione la direzione da cui provengono.
Fortunatamente, i raggi cosmici producono raggi gamma quando attraversano qualcosa di diverso da un vuoto completo. Una raffica di raggi cosmici che incontra nubi di gas intorno alla supernova avrebbe dovuto produrre raggi gamma il cui origine poteva essere tracciata. La SN 2023ixf ha quindi offerto un’ottima opportunità per vedere quanti raggi gamma associati potessimo trovare. La risposta si è rivelata essere nessuno, almeno nulla di significativamente superiore allo sfondo.
Fermi è il telescopio gamma più sensibile in orbita, quindi quando non rileva un segnale atteso, gli scienziati devono spiegare l’assenza. Risolvere quel mistero costruirà un’immagine più accurata delle origini dei raggi cosmici, ha detto la dottoressa Elizabeth Hays del Goffard Space Flight Center della NASA. Con le nuove osservazioni della SN 2023ixf, i nostri calcoli risultano in una conversione dell’energia fino al 1% entro pochi giorni dopo l’esplosione. Questo non esclude le supernovae come fabbriche di raggi cosmici, ma significa che abbiamo ancora molto da imparare sulla loro produzione, ha aggiunto Martí-Devesa.
Ci sono diversi tipi di supernovae, quindi solo perché una non sembra aver prodotto molti raggi cosmici, non significa che nessuna lo faccia. Per testare ciò, avremo bisogno di più supernovae vicine, quindi è positivo che ne sia stata avvistata una a quasi la stessa distanza la scorsa settimana. Gli autori stanno anche considerando la possibilità che la 2023ixf abbia prodotto molti raggi cosmici, ma che essi, e i raggi gamma risultanti, fossero diretti lontano da noi. Più soggetti di studio potrebbero essere utili anche in quel caso.
Tuttavia, i risultati sono un enigma. Le supernovae (a parte il Tipo Ia) coinvolgono stelle giganti che collassano e poi rimbalzano, producendo un’onda d’urto che dovrebbe guidare le particelle davanti a sé per creare raggi cosmici. Se la 2023ixf non ne ha creati molti, ciò richiede una spiegazione. Inoltre, è passato più di un decennio da quando le osservazioni di Fermi hanno dimostrato che i resti di supernovae di migliaia di anni fa stanno ancora lanciando raggi cosmici verso di noi, che poi generano raggi gamma mentre attraversano materiale vicino lanciato prima dell’esplosione.
Tuttavia, il tasso di produzione di questi resti non può spiegare tutti i raggi cosmici che vediamo – o la maggior parte viene rilasciata nell’esplosione stessa, o c’è qualche altra fonte là fuori. Il 10 percento dell’energia delle supernovae che va nei raggi cosmici spiegherebbe perfettamente il numero e lo spettro che vediamo dopo aver considerato quelli prodotti dai resti. Se la cifra è dell’1 percento, la maggior parte rimane inspiegata.
Ecco perché il fallimento di Fermi nel rilevare qualcosa dalla 2023ixf solleva più domande di quante ne risolva. Lo studio sarà pubblicato su Astronomy and Astrophysics.
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