All'inizio di novembre del 1572, un osservatore sulla Terra notó la comparsa di una "nuova stella" nella costellazione di Cassiopea, un evento ormai riconosciuto come la più brillante supernova visibile ad occhio nudo in più di 400 anni. Chiamata "supernova Tycho" dal grande astronomo danese Tycho Brahe, che la studió in dettaglio.
Ora, dopo anni raccolta dei dati da parte dal telescopio spaziale della Nasa "Fermi Gamma-Ray", Tycho rimane una stella brillante in frantumi ad alta emissione energetica di raggi gamma.
La rilevazione ha fornito agli astronomi un altro indizio per capire l'origine dei raggi cosmici, (particelle subatomiche, composte principalmente da protoni) che si muovono attraverso lo spazio quasi alla velocità della luce.
Esattamente dove e come queste particelle raggiungano tali energie incredibili è stato un annoso mistero, perché le particelle cariche sono sono facilmente deviate dai campi magnetici interstellari e dalle galassie.
Questo rende impossibile tenere traccia delle fonti dei raggi cosmici.
"Fortunatamente, i raggi gamma ad alta energia vengono prodotti quando i raggi cosmici colpiscono il gas interstellare e le stelle. Questi raggi gamma vengono rilevati dal Fermi Telescope direttamente dalle loro fonti", ha detto Francesco Giordano presso l'Università di Bari e l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italia. Egli è l'autore di un documento che descrive i risultati nell'edizione del 7 dicembre sull'Astrophysical Journal Letters.
Comprendere meglio le origini dei raggi cosmici è uno degli obiettivi chiave di Fermi. Il suo Large Area Telescope (LAT) scansiona tutto il cielo ogni tre ore a poco a poco, costruendo una visione sempre più approfondita del gamma-ray cielo. Poiché i raggi gamma sono la forma più energica e penetrante della luce, servono come indicazioni per l'accelerazione delle particelle che dà origine ai raggi cosmici.
"Questa scoperta ci dà un altro indizio di prove a sostegno dell'idea che i resti di supernova possono accelerare i raggi cosmici", ha detto il co-autore Stefan Funk, un astrofisico presso l'Istituto Kavli per l'astrofisica delle particelle e cosmologia (KIPAC), congiuntamente situato allo SLAC National Accelerator Laboratory e la Stanford University, California
Nel 1949, il fisico Enrico Fermi (omonimo del satellite) ha suggerito che i raggi cosmici ad altissima energia sono stati accelerati nel campo magnetico delle nubi di gas interstellare. Nei decenni che seguirono, gli astronomi hanno dimostrato che i resti di supernova potrebbero essere i migliori siti della galassia candidati per questo processo.
Quando una stella esplode, si trasforma in un resto di supernova, un guscio in rapida espansione di gas caldi delimitati dall'onda d'urto delle esplosioni.
Gli scienziati si aspettano che i campi magnetici su entrambi i lati del fronte d'urto possono intrappolare le particelle tra loro in ciò che equivale a una partita di ping pong subatomica.
"I campi magnetici, un resto di supernova, sono relativamente molto deboli a quelli terrestri, ma si estendono su una vasta regione, in ultima analisi si estendono a migliaia di anni-luce. Essi hanno una grande influenza sul corso della particelle cariche", ha detto il co-autore Melitta Naumann-Godo presso l'Università Paris Diderot e la Commissione per l'energia atomica a Saclay, in Francia, che ha condotto lo studio con Giordano.
Mentre si muovono avanti e indietro attraverso lo shock delle supernove, le particelle cariche guadagnano energia ad ogni traversata. Alla fine escono dal loro confinamento magnetico, in fuga dal resto di supernova e liberamente nella galassia.
Il LAT sta fornendo ulteriori prove a favore di questo scenario. Molti resti più giovani, come Tycho, tendono a produrre raggi gamma a più alta energia rispetto ai resti vecchi.
"I raggi gamma riflettono le energie delle particelle accelerate che producono, e ci aspettiamo che i raggi cosmici vengano accelerati ad energie più alte di oggetti più giovani, perché l'onda d'urto e i loro campi magnetici aggrovigliati sono più forti", ha aggiunto Funk.
Al contrario, i vecchi resti con deboli onde d'urto non possono mantenere l'energia più alta di particelle e il LAT non rileva i raggi gamma con energie corrispondenti.
La supernova del 1572 è stato uno dei grandi spartiacque della storia dell'astronomia. La stella risplendeva in un momento in cui il cielo stellato è stato considerato come una parte fissa e immutabile dell'Universo. Conto candida Tycho della sua scoperta della stella dà un senso strano di come radicale è stato un evento.
La supernova apparve intorno al 6 novembre, ma il cattivo tempo mantenne Tycho nascosta fino all'11 novembre, quando la notó durante una passeggiata prima di cena. "Quando mi ero convinta che nessuna stella di quel tipo aveva mai brillato prima, sono rimasto perplesso e incredulo della cosa, iniziando a dubitare della fede ai miei occhi e così, chiesi ai servi che mi stavano accompagnando, se anche loro stavano vedendo una stella molto luminosa. Risposero subito che la vedevano completamente e che era estremamente brillante ", ha ricordato.
La supernova rimase visibile per 15 mesi e non compì nessun movimento nel cielo, indicando che si trovava ben oltre la Luna, il Sole e i pianeti. Gli astronomi moderni stimano che il resto di Tycho si trova tra i 9.000 e gli 11.000 anni luce di distanza dalla Terra.
Dopo più di due anni e mezzo di scansione del cielo, i dati del LAT mostrano chiaramente che una regione non risolta di GeV (con miliardi di electron volt), emettono raggi gamma associati con il resto di supernova di Tycho. (Per confronto, l'energia della luce visibile è compresa tra circa 2 e 3 elettronvolt).
Keith Bechtol, uno studente laureato KIPAC che ha anche sede presso SLAC, è stato uno dei primi ricercatori a notare il potenziale collegamento. "Sapevamo che il resto di supernova di Tycho potrebbe trovare importanti conferme per Fermi, perché questo oggetto è stato così ampiamente studiato in altre parti dello spettro elettromagnetico. Abbiamo pensato che potrebbe essere uno delle nostre migliori opportunità di individuare una firma spettrale che indica la presenza dei pronoti a raggi cosmici", ha detto.
Il modello del team si basa sulle osservazioni del LAT dei raggi gamma mappati in TeV (trilioni di elettron volt) e mappati a terra dagli impianti radio e raggi X. I ricercatori concludono che una produzione del processo in pioni spiega meglio l'emissione. In primo luogo, un protone viaggiando vicino alla velocità della luce colpisce un altro protone si muove più lentamente. Questa interazione crea una particella instabile, detta "pione", con solo il 14% della massa del protone. In appena 10 milionesimi di miliardesimo di secondo, il pione decade in una coppia di raggi gamma.
Se questa interpretazione è corretta, allora da qualche parte all'interno del resto, i protoni vengono accelerati a velocità prossima a quella della luce e poi interagiscono con le particelle più lente per la produzione di raggi gamma, la forma più estrema di luce. Con questi incredibili avvenimenti in ciò che resta della sua stella "incredibile", è facile immaginare che Tycho Brahe sarebbe stato adesso, molto contento!.
A cura di Arthur McPaul
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