MISTERI SPAZIALI

Ixpe, misurati e mappati per la prima volta i raggi X di una supernova

La sonda dotata di polarimetro ad immagine, frutto della collaborazione tra Nasa e Asi, ha permesso di quantificare e comprendere la disposizione spaziale dei raggi invisibili ad occhio nudo sparati da Cassiopea A. Importante la partecipazione tecnica e scientifica dell’Italia

20 Ott 2022

Nicola Desiderio

Il telescopio spaziale Ixpe ha aiutato per la prima volta a misurare e a mappare la polarizzazione dei raggi X emessi da una supernova, Cassiopea A. I risultati sono stati pubblicati lo scorso 12 ottobre dalla rivista The Astrophysical Journal nello studio “X-ray polarization detection od Cassiopea with IXPE” che ha come primo firmatario Jacco Vink, studioso dell’Università di Amsterdam, con la partecipazione ricercatrici e ricercatori dell’Agenzia Spaziale Italiana (Asi), dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), delle Università di Pisa, Firenze, Torino, Roma Tre, Roma Tor Vergata e Padova.

Da una stella esplosa 11mila anni fa

In questo modo l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer è riuscita ad approfondire le proprietà dei resti di una supernova di recente formazione che accelerano le particelle a velocità prossima alla luce e, allo stesso tempo, valida un metodo di lavoro che potrà essere utilizzato per altri studi e osservazioni. La Cassiopea A è una nebulosa guscio e una potente sorgente di onde radio e Raggi X arrivati a noi circa 350 anni fa, ma frutto dell’esplosione di una stella di grande massa avvenuta 11mila anni fa. Grazie ai sensori di Ixpe, concepiti appositamente per polarizzare le radiazioni, è stato possibile osservare al meglio i raggi X, molto più energetici delle radiazioni visibili ad occhio umano.

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Una collaborazione tra Nasa e Asi

Si tratta di un grande risultato tecnico scientifico per la missione partita il 9 dicembre 2021, dedicata interamente allo studio dell’Universo attraverso la polarizzazione dei raggi X, e frutto della collaborazione tra Nasa e Asi che ha finanziato i tre telescopi che equipaggiano la sonda, sviluppati da un team di scienziati dell’Infn e dell’Inaf e realizzati con il supporto industriale di Ohb-Italia. Hanno collaborato anche l’Università Roma Tre e partner di altri 12 pasi come Ball Aerospace, Laboratory for Atmospheric and Space Sciences dell’Università del Colorado e il Marshal Space Flight Center della Nasa. Ixpe ha osservato per oltre un mese Cassiopea A, con l’obiettivo di comprendere l’origine dei raggi X emessi dai vari filamenti della nebulosa attraverso gli urti del materiale espulso con il gas e le polveri che circondavano la stella progenitrice.

I benefici dello studio polarizzato

Come è noto, una stella di grande massa alla fine del suo ciclo evolutivo collassa. Parte della sua massa va a formare una stella di neutroni o un buco nero, un’altra parte è invece “sparata” verso lo spazio circostante con estrema violenza e investe il materiale già presente attorno alla stella originaria scaldandola a temperature altissime. In questo modo, si produce radiazione ad alta energia e, con ogni probabilità, si accelerano grandi quantità di particelle che sono i cosiddetti raggi cosmici. Lo studio polarizzato di questa luce indica la direzione dei campi magnetici rendendo possibile risalire a quello che accade dentro Cas A.

L’energia è nei raggi della ruota

Prima di Ixpe, gli scienziati pensavano che la polarizzazione dei raggi X emessi da Cas A fosse, diversamente dalle onde radio, prodotta da campi magnetici diretti tangenzialmente. Sorprendentemente invece, le osservazioni di Ixpe mostrano che i campi magnetici associati ai raggi X, prodotti in prossimità dei fronti d’urto, tendono a mantenere una disposizione radiale, con un grado di polarizzazione confrontabile con le osservazioni radio. Per i ricercatori questa proprietà è legata al fatto che anche i raggi X vengono prodotti in regioni molto turbolente, dove i campi magnetici si mescolano fortemente. Questo ha permesso di stabilire che il campo magnetico di Cas A è distribuito radialmente dal centro ai bordi esterni del resto di supernova, ovvero come i raggi di una “ruota” e non tangenzialmente come si riteneva.

Oltre le aspettative

“Ogni missione spaziale scientifica è di per sé un miglioramento rispetto a quanto costruito precedentemente e porta con sé un potenziale di scoperta. Con Ixpe però siamo oltre. Ogni giorno osservare l’Universo con i suoi occhi è una sorpresa, perché non è stato mai lanciato un telescopio nemmeno simile a questo. Qualunque cosa scopriamo sarà una novità che potrà anche mettere in discussione le nostre teorie e questo è molto eccitante e stimolante” ha affermato Elisabetta Cavazzuti, responsabile del programma Ixpe per Asi.

Quantità e disposizione dei raggi

Questo studio incarna tutto ciò che Ixpe porta di nuovo all’Astrofisica. Non solo per la prima volta otteniamo informazioni sulla polarizzazione dei raggi X, ma queste informazioni sono spazialmente risolte” ha affermato Riccardo Ferrazzoli, coautore dello studio e ricercatore presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica a Roma. “Questo lavoro si basa in modo cruciale sulla capacità unica dei Gas Pixel Detector, ossia dei rivelatori che il team italiano ha sviluppato con tenacia e determinazione nel corso degli ultimi vent’anni, di misurare simultaneamente tutti i diversi tipi di informazione trasportata dalla radiazione elettromagnetica e, in particolare, la direzione d’arrivo, l’energia e, per la prima volta, la polarizzazione” ha aggiunto Luca Baldini dell’Infn di Pisa e Co-PI italiano di Ixpe.

Altre due supernovae sotto osservazione

“Il risultato non sarebbe stato possibile senza una analisi sofisticata dei dati. Infatti, la polarizzazione è emersa sommando le diverse parti di una regione circolare ed assumendo che la polarizzazione sia sempre tangente” ricorda Giorgio Matt dell’Università di Roma Tre. “Ixpe è il primo polarimetro spaziale ad immagine. Questa proprietà ci permette di ridurre i segnali di fondo e ottenere vere e proprie immagini dell’emissione X proveniente dalle supernovae a guscio. Durante il primo anno ne sono state osservate tre, tra cui Cas A. Stiamo ottenendo risultati molto importanti dalla analisi di ognuna di queste” ha concluso Paolo Soffitta ricercatore Inaf e Principal Investigator Italiano di Ixpe.

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