IXPE svela i misteri ai raggi X della storica supernova di Tycho

• Utilizzando i dati del telescopio IXPE a raggi X, è stato possibile svelare nuovi importanti indizi sul resto di supernova di Tycho.
• Grazie ai dettagli forniti da IXPE, i ricercatori hanno rivelato per la prima volta la geometria dei campi magnetici vicini all’onda d’urto, mappandone la polarizzazione.
• I risultati stanno consentendo importanti conclusioni e nuove ipotesi sul comportamento dei resti di supernova legato all’accelerazione di raggi cosmici.

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451 anni fa, l’astronomo danese Tycho Brahe notò il bagliore luminoso di una nuova “stella” nella costellazione di Cassiopea. Si trattava in realtà di una supernova, un’esplosione stellare che ha rilasciato tanta energia quanta il Sole ne emetterà nel corso di 10 miliardi di anni: era visibile a occhio nudo, qui sulla Terra. In onore del suo scopritore, è stata soprannominata supernova di Tycho (a volte solo “Tycho”). Ora in cielo ne vediamo la nebulosa residua.

Utilizzando il telescopio ad alte energie IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) di NASA/ASI per osservarla, un team internazionale di scienziati ha scoperto di recente importanti indizi su come le condizioni di onde d’urto create nel corso delle supernovae accelerino le particelle quasi alla velocità della luce.

IXPE ha rivelato, per la prima volta, la geometria dei campi magnetici vicini all’onda d’urto di Tycho, che si sta ancora propagando dall’esplosione iniziale e forma un confine attorno al materiale espulso. Comprendere la geometria del campo magnetico consente agli scienziati di indagare ulteriormente su come le particelle vengono accelerate lì e nel cosmo circostante.

Cosa indica la polarizzazione dei raggi X?

Durante i suoi decenni di attività, l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha ripetutamente osservato il resto della supernova di Tycho. Con la sua capacità di identificare e tracciare la luce a raggi X polarizzata, IXPE si basa ora proprio sui risultati ottenuti con Chandra, e sulle domande che essi hanno creato.

La misurazione della polarizzazione dei raggi X indica agli scienziati la direzione media e l’ordine del campo magnetico delle onde luminose che compongono i raggi X, provenienti da una sorgente ad alta energia come Tycho. I raggi X polarizzati sono prodotti da elettroni che si muovono nel campo magnetico in un processo chiamato emissione di sincrotrone. La direzione di polarizzazione dai raggi X può essere ricondotta alla direzione dei campi magnetici nel punto in cui essi sono stati generati.

Di seguito, vediamo la mappa di polarizzazione nella banda energetica 3-6 keV con una dimensione di 6000 pixel ottenuta dagli scienziati a partire dai dati IXPE. Le barre blu rappresentano la direzione di polarizzazione (cioè la direzione dell’angolo di polarizzazione del vettore elettrico) e la loro lunghezza è proporzionale al grado di polarizzazione. L’orientamento del campo magnetico è perpendicolare alla direzione di polarizzazione. In verde sono sovrapposti i dati Chandra a 4-6 keV.

Nuove informazioni su Tycho, grazie ad IXPE

Queste informazioni aiutano gli scienziati ad affrontare alcune delle più grandi domande in astrofisica, per esempio il modo in cui il resto di supernova di Tycho e altri oggetti simili accelerano le particelle a velocità vicine a quelle della luce. Patrick Slane, astrofisico presso il Center for Astrophysics di Harvard a Cambridge, nel Massachusetts, ha affermato

Il processo mediante il quale un residuo di supernova diventa un gigantesco acceleratore di particelle implica una delicata danza tra ordine e caos. Sono necessari campi magnetici forti e turbolenti, ma IXPE ci sta mostrando che è coinvolta anche un’uniformità o coerenza su larga scala, che si estende fino ai siti in cui si verifica l’accelerazione.

IXPE ha aiutato a mappare la forma del campo magnetico di Tycho con chiarezza e scala senza precedenti. Sebbene gli osservatori precedenti abbiano esaminato il campo magnetico di Tycho nelle onde radio, IXPE ha misurato la forma del campo su scale inferiori a un parsec, ovvero circa 3,26 anni luce. Una dimensione enorme, in termini di esperienza umana.

I ricercatori hanno anche documentato somiglianze e differenze sorprendenti tra le scoperte di IXPE riguardo Tycho e il residuo di supernova di Cassiopeia A, precedente oggetto di studio (altrettanto famoso). Le direzioni complessive dei campi magnetici in entrambi i resti di supernova sembrano essere radiali, ovvero allungate lungo una direzione che si estende verso l’esterno.

Al tempo stesso, Tycho ha prodotto un grado di polarizzazione dei raggi X molto più elevato rispetto a Cassiopea A. Questo suggerisce che potrebbe possedere un campo magnetico più ordinato e meno turbolento, ma osservazioni future sapranno andare più a fondo anche in questa ipotesi.

Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal, è reperibile qui.