La celebre supernova del 1987 (SN 1987A) fu un'enorme esplosione cosmica che fece a pezzi una stella massiccia e lasciò dietro di sé un intrigante residuo di gas in espansione. Situata nella galassia satellite della Via Lattea chiamata Grande Nube di Magellano, o LMC, dista circa 160.000 anni luce da noi. Dalle osservazioni, sappiamo che questa stella, con una massa di 19-20 masse solari, doveva essere una gigante rossa, enorme e capace di emettere grandi quantità di materia sottoforma di vento stellare lento; durante le ultime fasi della sua vita, però, si è compressa diventando una gigante blu caldissima e con venti stellari veloci che, scontrandosi con quelli emessi in precedenza, ha creato un anello di gas compresso. Ciò che è particolarmente notevole nel residuo SN 1987A è la corona circolare composta da ciuffi di idrogeno ionizzato e regolarmente spaziati, una struttura rimasta a lungo un mistero per gli astrofisici.
Nella figura di apertura, vediamo a sinistra un'immagine della supernova 1987A ripresa dai telescopi spaziali Hubble e Webb (strumenti WFPC-3 e NIRSpec, rispettivamente); nei due riquadri a destra, invece, i diagrammi schematici che mostrano come potrebbe essersi formata questa struttura, secondo un nuovo studio pubblicato il 13 marzo sulla rivista Physical Review Letters .
Un fenomeno chiamato instabilità di Rayleigh-Taylor viene spesso utilizzato per spiegare la formazione della strutture nel plasma come quelle che vediamo intorno a SN 1987A, ma questo concetto da solo non può spiegare completamente la collana cosmica. Ora, però, i ricercatori dell'Università del Michigan potrebbero finalmente avere capito come questa struttura possa essere collegata alla creazione di scie di condensazione, quelle strisce bianche che gli aeroplani lasciano nel cielo e che molti paranoici, complottisti e ignoranti chiamano "scie chimiche".
"Lo stesso meccanismo che interrompe le scie degli aerei potrebbe essere in gioco qui", ha detto in una nota Michael Wadas, membro del team e ricercatore presso il California Institute of Technology. Secondo questo parallelo, la formazione di grumi di idrogeno di SN1987A potrebbe essere il risultato di un meccanismo chiamato “instabilità del corvo” (Crow instability). Questo fenomeno si verifica quando il flusso d’aria forma, all’estremità dell’ala, vortici che si intrecciano a spirale uno nell’altro. Ciò crea lacune in quelle che altrimenti sarebbero linee di nuvole continue, visibili a causa del vapore acqueo nello scarico del getto.
L'instabilità del corvo può aiutare i ricercatori a prevedere il numero di grumi che dovrebbero essere visti attorno al resto della supernova. "L'instabilità di Rayleigh-Taylor suggerisce che potrebbero esserci dei grumi, ma sarebbe molto difficile estrarne un numero", ha detto Wadas.
La vicinanza di SN 1987A alla Terra è solo una parte di ciò che la rende una delle supernove più famose e ben studiate. Questa esplosione cosmica è avvenuta in un momento in cui la sua luce era in grado di raggiungere la Terra, in un periodo in cui l’umanità era dotata degli strumenti necessari per osservarne l’evoluzione. Infatti, SN 1987A è diventata la prima supernova visibile ad occhio nudo da quando la supernova di Keplero fu vista nel 1604. Tutto ciò rende SN 1987A un evento astrofisico incredibilmente raro che ha avuto un'enorme influenza sulla nostra comprensione dell'evoluzione e dell'eventuale morte delle stelle .
Le supernove come SN 1987A si verificano quando le stelle massicce esauriscono le scorte di carburante necessarie per la fusione nucleare all’interno dei loro nuclei. Ciò provoca una rapida contrazione del nucleo stellare, creando un'onda d'urto che genera una potente esplosione, o supernova , che espelle gli strati esterni della stella morente. Questo nucleo stellare si trasforma in una stella di neutroni o in un buco nero a seconda della sua massa.
La Supernova 1987A vista dal telescopio spaziale Webb.- Credits ESA/NASA
Gli scienziati sono ancora un po’ all’oscuro riguardo alla stella che morì lasciando dietro di sé i rottami che gli scienziati chiamano SN 1987A. Infatti, è stato solo quest’anno, grazie alle osservazioni con il James Webb Space Telescope (JWST), che siamo stati in grado di determinare che esiste effettivamente una stella di neutroni nel cuore di SN 1987A.
Gli scienziati teorizzano, tuttavia, che un anello di gas che circonda la stella esplosa per creare SN 1987A sia stato creato dalla fusione di due stelle. Questa collisione avrebbe strappato via l’idrogeno dalle due stelle, con l’elemento che sarebbe fuggito nello spazio mentre la fusione avrebbe dato vita ad una stella supergigante blu .
Ciò sarebbe accaduto decine di migliaia di anni prima della supernova stessa. Nel tempo intercorso prima dell’esplosione stellare, forti venti stellari costituiti da particelle cariche ad alta velocità provenienti dalla stella avrebbero colpito questo gas. Ciò potrebbe aver formato i grumi di idrogeno attorno alla stella prima che diventasse supernova, il che significa che il filo di perle che adorna SN 1987A potrebbe essere stato lì prima ancora che si verificasse la supernova
Una simulazione che mostra grumi di idrogeno che si formano attorno alla stella che esplose dando vita alla SN 1987A.(Credito immagine: Michael Wadas, Scientific Computing and Flow Laboratory, Università del Michigan). Per confermare questa storia delle origini, il team dell’Università del Michigan ha creato una sofisticata simulazione della nuvola spinta verso l’esterno dal vento stellare mentre il flusso di particelle esercitava una sorta di forza di trascinamento sulla nuvola.
Ciò ha comportato che la parte superiore e inferiore della nube di gas venissero espulse più lontano e più velocemente della sua regione centrale. La nuvola si è arricciata su se stessa, con questo comportamento che ha innescato la cosiddetta instabilità del corvo. Ciò, a sua volta, ha causato la rottura della nuvola in grumi uniformi: le perle che SN 1987A ora indossa. La simulazione del team prevedeva specificatamente che la SN 1987A dovesse essere adornata da 32 perle, un risultato piacevolmente vicino ai 30 grumi di idrogeno visti attorno a questo relitto di supernova dalle osservazioni reali.
"Questo è uno dei motivi principali per cui pensiamo che questa sia l'instabilità del Crow", ha affermato nella dichiarazione Eric Johnsen, autore principale della ricerca e scienziato dell'Università del Michigan. La simulazione del team prevedeva anche che l'instabilità di Crow avrebbe potuto effettivamente creare più fili di perle di idrogeno attorno a SN 1987A che sono più deboli della prima collana cosmica.
Questo è qualcosa che sembra manifestarsi in un’immagine JWST del relitto della supernova catturata nell’agosto del 2023. Ciò suggerisce che la famosa supernova potrebbe essere ancora più ben adornata con fronzoli cosmici di quanto gli astronomi possano attualmente vedere. Lo studio di queste sfere di idrogeno potrebbe anche aiutare gli scienziati a determinare se l’instabilità di Crow è in gioco quando i pianeti si formano nelle nubi di gas e polvere che collassano attorno alle stelle neonate.