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Osservata per la prima volta un’esplosione stellare con una potente emissione di raggi X

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An image of supernova explosion AT2018cow and its host galaxy, CGCG 137-068, which is located some 200 million light years away. The image was obtained on 17 August 2018 using the DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) on the W. M. Keck Observatory in Hawaii. The supernova was first spotted on 16 June 2018 with the ATLAS telescope, also in Hawaii. Further observations performed with a large team of telescopes – including ESA’s high-energy space telescopes Integral and XMM-Newton – revealed a source of powerful X-rays at the centre of this unprecedentedly bright and rapidly evolving stellar explosion, suggesting that it could either be a nascent black hole or neutron star with a powerful magnetic field, sucking in the surrounding material. Copyright R. Margutti/W. M. Keck Observatory

I telescopi spaziali ad alta energia dell’ESA Integral e XMM-Newton hanno contribuito a trovare una fonte di potenti raggi X al centro di un’esplosione stellare senza precedenti, luminosa e in rapida evoluzione, improvvisamente comparsa nel cielo all’inizio di quest’anno.

Il telescopio ATLAS alle Hawaii ha individuato per la prima volta il fenomeno, da allora denominato AT2018cow, il 16 giugno. Poco dopo, gli astronomi di tutto il mondo hanno puntato molti telescopi spaziali e terrestri verso il nuovo oggetto celeste, situato in una galassia a circa 200 milioni di anni luce di distanza.

Ben presto si resero conto che era qualcosa di completamente nuovo. In soli due giorni l’oggetto ha superato la luminosità di qualsiasi supernova precedentemente osservata – una potente esplosione di un’enorme stella massiccia che espelle la maggior parte del suo materiale nello spazio circostante, spazzando via la polvere e i gas interstellari nelle sue vicinanze.

Le osservazioni

Un nuovo documento, accettato per la pubblicazione nel Journal of Astrophysical, presenta le osservazioni dei primi 100 giorni dell’esistenza dell’oggetto, coprendo l’intero spettro elettromagnetico dell’esplosione dalle onde radio ai raggi gamma.

L’analisi, che include le osservazioni di Integral e XMM-Newton dell’ESA, così come i telescopi spaziali NuSTAR e Swift della NASA, hanno trovato una fonte di raggi X ad alta energia in profondità nell’esplosione.

Il comportamento di questa sorgente, o motore, come rivelato nei dati, suggerisce che lo strano fenomeno potrebbe essere un buco nero nascente o una stella di neutroni con un potente campo magnetico, che aspira il materiale circostante.

“L’interpretazione più eccitante è che potremmo aver visto per la prima volta la nascita di un buco nero o di una stella di neutroni”, afferma Raffaella Margutti della Northwestern University, USA, autore principale dell’articolo.

“Sappiamo che i buchi neri e le stelle di neutroni si formano quando le stelle collassano ed esplodono come una supernova, ma mai prima d’ora ne abbiamo visto uno proprio al momento della nascita”, aggiunge il coautore Indrek Vurm dell’Osservatorio di Tartu, in Estonia, che ha lavorato alla modellazione le osservazioni.

Un’esplosione senza precedenti

L’esplosione di AT2018cow non è stata solo da 10 a 100 volte più luminosa di qualsiasi altra supernova precedentemente osservata: ha raggiunto il picco di luminosità molto più velocemente di qualsiasi altro evento conosciuto in precedenza – in pochi giorni rispetto alle solite due settimane.

Integral fece le sue prime osservazioni del fenomeno circa cinque giorni dopo che era stato segnalato e continuò a monitorarlo per 17 giorni. I suoi dati si sono dimostrati fondamentali per la comprensione dello strano oggetto.

“Integral copre un intervallo di lunghezze d’onda che non è coperto da nessun altro satellite”, afferma Erik Kuulkers, scienziato del progetto integrale presso l’ESA. “Abbiamo una certa sovrapposizione con NuSTAR nella parte dei raggi X ad alta energia dello spettro, ma possiamo vedere anche energie più alte”.

Quindi, mentre i dati di NuSTAR hanno rivelato lo spettro dei raggi X in modo molto dettagliato, con Integral gli astronomi sono stati in grado di vedere interamente lo spettro della sorgente, compreso il limite superiore alle energie dei raggi gamma morbidi.

“Abbiamo visto una specie di protuberanza con un netto taglio nello spettro alla fine ad alta energia”, afferma Volodymyr Savchenko, un astronomo dell’Università di Ginevra, in Svizzera, che ha lavorato sui dati Integral. “Questo è un componente aggiuntivo della radiazione rilasciata da questa esplosione, che brilla attraverso un mezzo opaco o otticamente denso.”

“Questa radiazione ad alta energia molto probabilmente proviene da un’area di plasma molto caldo e denso che circonda la fonte”, aggiunge Carlo Ferrigno, anche dell’Università di Ginevra.

Il segnale a raggi X

Poiché Integral continuava a monitorare l’esplosione dell’AT2018cow per un periodo di tempo più lungo, i suoi dati erano anche in grado di mostrare che il segnale dei raggi X ad alta energia stava gradualmente svanendo.

Raffaella spiega che questa radiazione a raggi X ad alta energia era la cosiddetta radiazione rielaborata – radiazione proveniente dalla sorgente che interagiva con il materiale espulso dall’esplosione. Mentre il materiale si allontana dal centro dell’esplosione, il segnale gradualmente diminuisce e alla fine scompare completamente.

In questo segnale, tuttavia, gli astronomi sono stati in grado di trovare modelli tipici di un oggetto che attinge la materia dai suoi dintorni: un buco nero o una stella di neutroni.

“Questa è la cosa più insolita che abbiamo osservato in AT2018cow ed è sicuramente qualcosa di senza precedenti nel mondo degli esplosivi eventi astronomici transitori”, dice Raffaella.

I raggi X a energia più bassa

Nel frattempo, XMM-Newton ha osservato questa insolita esplosione due volte nei primi 100 giorni della sua esistenza. Ha rilevato la parte a energia più bassa della sua emissione di raggi X, che, secondo gli astronomi, proviene direttamente dal motore al centro dell’esplosione. A differenza dei raggi X ad alta energia provenienti dal plasma circostante, i raggi X a energia più bassa dalla sorgente sono ancora visibili.

Gli astronomi prevedono di utilizzare XMM-Newton per eseguire un’osservazione di follow-up in futuro, che consentirà loro di comprendere il comportamento della sorgente per un periodo di tempo più lungo in maggiore dettaglio.

 

 

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