Le onde d'urto veloci formano una forma a clessidra mentre si espandono, in cui vengono prodotti i raggi gamma. Questa emissione di raggi gamma viene quindi rilevata dai telescopi HESS (mostrati in primo piano). Credits: DESY/HESS
In Namibia si trova la struttura HESS (High Energy Stereoscopic System), costituita da cinque telescopi Cherenkov utilizzati per studiare i raggi gamma dallo spazio. Una nuova fotocamera all’avanguardia e altamente sensibile, nota come FlashCam, è stata recentemente installata nel telescopio più grande.
Con l’aiuto dei telescopi di HESS, i ricercatori hanno osservato un acceleratore di particelle cosmiche come mai era stato fatto prima d’ora. Le osservazioni mostrano per la prima volta l’intero processo di accelerazione di particelle da parte di una nova. Questo fenomeno di esplosione stellare comprende potenti eruzioni sulla superficie di una nana bianca. Si crea di conseguenza un’onda d’urto che lacera il mezzo interstellare, trascinando con sé le particelle e accelerandole a energie estreme.
Sorprendentemente, la nova del sistema stellare “RS Ophiuchi” studiata dai ricercatori, sembra far accelerare le particelle a velocità che raggiungono il limite teorico. Un limite che corrispondeva finora solamente a condizioni ideali, ma che forse “ideale” non lo è più.
Gli eventi di nova possono verificarsi quando una nana bianca si trova in un sistema binario insieme ad una grande stella. La nana bianca raccoglie materiale proveniente dal compagno massiccio, in un gioco di venti stellari e attrazione gravitazionale. Se il materiale raccolto sulla nana bianca supera una certa soglia, sulla sua superficie avviene un’esplosione termonucleare, l’evento di nova. Un fenomeno che talvolta può ripetersi.
La nova che interessa il sistema stellare RS Ophiuchi, per esempio, è ricorrente. Ogni 15-20 anni sulla superficie della nana bianca che orbita attorno ad una gigante rossa si ripete un’esplosione. Le due stelle sono approssimativamente a una distanza pari a quella tra la Terra e il Sole.
Quando la nova del sistema RS Ophiuchi è esplosa nell’agosto 2021, i telescopi HESS hanno permesso di osservarla e di raccogliere dati sui raggi gamma ad altissima energia prodotti nell’evento. Durante l’eruzione, i ricercatori sono stati in grado per la prima volta di seguire lo sviluppo della nova in tempo reale. Ciò ha consentito loro di osservare e studiare l’accelerazione delle particelle cosmiche come se stessero guardando un film.
I ricercatori sono stati anche in grado di misurare i raggi gamma ad alta energia fino a un mese dopo l’esplosione. I dati mostrano che le particelle erano accelerate a energie diverse centinaia di volte superiori a quelle osservate in precedenza per altre novae. Inoltre, l’energia rilasciata dall’esplosione è stata trasformata in modo estremamente efficiente in protoni accelerati e nuclei pesanti.
Questo ha permesso che l’accelerazione delle particelle raggiungesse le velocità massime calcolate nei modelli teorici. Secondo Ruslan Konno, uno degli autori principali dello studio e dottorando al DESY di Zeuthen:
L’osservazione che il limite teorico per l’accelerazione delle particelle può essere effettivamente raggiunto in autentiche onde d’urto cosmiche ha enormi implicazioni per l’astrofisica. Suggerisce che il processo di accelerazione potrebbe essere altrettanto efficiente nei loro parenti molto più estremi, le supernove.
“Questa è la prima volta che siamo stati in grado di effettuare osservazioni come questa” spiega Dmitry Khangulyan, astrofisico teorico presso la Rikkyo University di Tokyo. “Ci consentirà di ottenere approfondimenti futuri ancora più precisi su come funzionano le esplosioni cosmiche”.
Sarà interessante, in particolar modo, sfruttare l’osservatorio di raggi gamma di prossima generazione, il Cherenkov Telescope Array. Nei prossimi anni sarà possibile capire se una nova come quella in RS Ophiuchi è unica nel suo genere, e speciale per le sue caratteristiche, o se si tratta di un fenomeno molto più comune.
Lo studio pubblicato su Science è disponibile qui.
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