Mi capita di avere un telescopio puntato verso la supernova più luminosa mai avvistata: Ars Technica

Le supernove sono alcuni degli eventi più energetici dell’universo. Un sottoinsieme di questi include lampi di raggi gamma, in cui gran parte dell’energia emessa proviene da fotoni ad altissima energia. Pensiamo di sapere perché questo generalmente accade: il buco nero rimasto dall’esplosione espelle getti di materiale quasi alla velocità della luce. Ma i dettagli di come e dove questi getti producono fotoni non sono neanche lontanamente chiariti.

Sfortunatamente, questi eventi si verificano troppo velocemente e troppo lontano, quindi non è facile ottenere note dettagliate su di essi. Tuttavia, un recente lampo di raggi gamma soprannominato BOAT (Brightest Ever Recorded) potrebbe fornirci nuove informazioni sugli eventi entro pochi giorni dall’esplosione della supernova. Un nuovo documento descrive i dati di un telescopio che puntava nella giusta direzione ed era sensibile alla radiazione ad altissima energia dell’evento.

ho bisogno di fare una doccia

Il suddetto “telescopio” è Grande osservatorio a pioggia d’aria in alta quota (LHAASO). Situato a tre miglia (4.400 metri) sul livello del mare, l’osservatorio è una suite di strumenti che non è un telescopio in senso tradizionale. Invece, dovrebbe catturare gli sciami d’aria, un’intricata catena di detriti e fotoni che vengono prodotti quando particelle ad alta energia provenienti dallo spazio entrano in collisione con l’atmosfera.

Sebbene limitati rispetto ai telescopi convenzionali, i rivelatori di sciami d’aria presentano alcuni vantaggi per quanto riguarda eventi come BOAT. Hanno un campo visivo molto ampio perché non hanno tanto bisogno di concentrarsi su un evento quanto di ricostruirlo in base ai fotoni e alle particelle che raggiungono la superficie terrestre. Sono sensibili solo agli eventi ad alta energia, il che significa che la luce del giorno è troppo bassa per interferire, quindi possono funzionare 24 ore su 24.

Poiché LHAASO stava raccogliendo dati quando è esplosa la supernova BOAT, i suoi rilevatori non solo hanno rilevato l’inizio dell’evento, ma sono stati in grado di seguirne l’evoluzione per diversi giorni successivi. Mentre c’era una scarsa risoluzione spaziale, c’era un’enorme quantità di dati, tutti separati dalla lunghezza d’onda. I primi 100 minuti hanno visto il rilevamento di oltre 64.000 fotoni a energie superiori a 200 GeV. Per il contesto, convertire l’intera massa di un protone in energia produce poco meno di un GeV.

Una delle prime cose che fu evidente fu che c’era un’enorme differenza tra i fotoni a energie più basse (ma pur sempre molto alte!) e quelli alle estremità più estreme dello spettro elettromagnetico. I dati dei fotoni che erano al di sopra del TeV sono cambiati senza problemi nel tempo, mentre quelli nella gamma dei megaelettronvolt hanno oscillato su e giù.

Capire i dati

I ricercatori suggeriscono che questi dati sono coerenti con la proposta secondo cui gli eventi a bassa energia sono causati dai getti che interagiscono con i detriti turbolenti della supernova. Poiché questi detriti sarebbero complessi e vicini alla sorgente dei getti, limiterebbero la quantità di particelle spaziali nei getti che dovrebbero accelerare, ponendo così un limite alla loro energia.

Al contrario, i fotoni ad alta energia vengono prodotti nelle regioni in cui i getti hanno raschiato via i detriti della supernova e hanno iniziato a interagire con la materia che costituiva l’ambiente circostante la stella, particelle probabilmente bombardate dall’equivalente stellare del vento solare. È un ambiente più sparso e uniforme, che consente ai getti un percorso meno turbolento per accelerare le particelle alle energie estreme necessarie per produrre fotoni con energie superiori a TeV.

Mentre superare i detriti della supernova sembra difficile, il processo avviene molto rapidamente perché i getti accelerano le particelle quasi alla velocità della luce. Pertanto, bastano circa cinque secondi per vedere il rapido aumento dei fotoni TeV nei dati.

Da lì, è una discesa più dolce che dura circa 13 secondi. Il team di ricerca dietro il lavoro suggerisce che ciò coinvolge i getti che interagiscono e accelerano le particelle nell’ambiente oltre il resto della stella. Ciò aumenta il numero di fotoni ad alta energia ma allo stesso tempo drena parte dell’energia dai getti mentre vengono spinti contro un mucchio più grande di materiale mentre avanzano attraverso l’ambiente.

Alla fine, questo accumulo di materiale attira abbastanza energia che il numero di fotoni ad alta energia inizia a diminuire gradualmente. Questa caduta è abbastanza lenta da durare circa 11 minuti circa.

Nel caso della supernova BOAT, questo è stato seguito da un forte calo dei fotoni ad alta energia. Si pensa che ciò sia causato dai getti che si allargano man mano che si allontanano dalla loro sorgente, il che significa che la barca era luminosa come l’abbiamo osservata perché il nucleo centrale del suo getto era puntato direttamente verso il suolo. I tempi di questa discesa forniscono anche alcune informazioni su quanto è largo l’aereo in questo momento.

C’è ancora molto da imparare su questi eventi, ad esempio non siamo ancora sicuri di come i buchi neri rilascino getti di materiale. Ma questo tipo di osservazioni dettagliate può darci un’idea migliore dei tempi e delle dinamiche della formazione del getto, che alla fine contribuirà a fornire modelli di ciò che accade durante la formazione del buco nero e la formazione del getto.

Scienza, 2023. DOI: 10.1126/science.adg9328 (sui DOI).