Webb indaga le origini della Nebulosa del Granchio

La Nebulosa del Granchio è un esempio vicino dei detriti lasciati quando una stella subisce una morte violenta in un’esplosione di supernova. Tuttavia, nonostante decenni di studi, questo resto di supernova continua a mantenere un certo grado di mistero: quale tipo di stella è stata responsabile della creazione della Nebulosa del Granchio e qual è stata la natura dell’esplosione? Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha fornito una nuova visione del granchio, compresi i dati infrarossi di più alta qualità finora disponibili per aiutare gli scienziati a esplorare la struttura dettagliata e la composizione chimica del residuo. Questi indizi stanno aiutando a svelare il modo insolito in cui la stella è esplosa circa 1000 anni fa.

 

 

Un team di scienziati ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per analizzare la composizione della Nebulosa del Granchio, un resto di supernova situato a 6500 anni luce di distanza nella costellazione del Toro. Con il MIRI (Mid-Infared Instrument) e la NIRCam (Near-Infrared Camera) del telescopio, il team ha raccolto dati che stanno aiutando a chiarire la storia della Nebulosa del Granchio.

La Nebulosa del Granchio è il risultato di una supernova che ha causato il collasso del nucleo di una stella massiccia.

L’esplosione di supernova è stata osservata sulla Terra nel 1054 d.C. ed era abbastanza luminosa da poter essere vista durante il giorno.

Il resto molto più debole osservato oggi è un guscio in espansione di gas e polvere, e un vento in uscita alimentato da una pulsar, una stella di neutroni in rapida rotazione e altamente magnetizzata.

Anche la Nebulosa del Granchio è molto insolita.

La sua composizione atipica e la bassissima energia dell’esplosione hanno precedentemente portato gli astronomi a pensare che si trattasse di una supernova a cattura di elettroni, un raro tipo di esplosione che nasce da una stella con un nucleo meno evoluto fatto di ossigeno, neon e magnesio, piuttosto che da un più tipico nucleo di ferro.

Gli sforzi di ricerca precedenti hanno calcolato l’energia cinetica totale dell’esplosione in base alla quantità e alla velocità del materiale espulso attuale.

Gli astronomi hanno dedotto che la natura dell’esplosione era di energia relativamente bassa (meno di un decimo di quella di una normale supernova) e che la massa della stella progenitrice era compresa tra 8 e 10 masse solari, in bilico sulla sottile linea tra le stelle che subiscono una morte violenta da supernova e quelle che non lo fanno.

Tuttavia, esistono incongruenze tra la teoria della supernova a cattura di elettroni e le osservazioni del Granchio, in particolare il rapido moto osservato della pulsar.

Negli ultimi anni, gli astronomi hanno anche migliorato la loro comprensione delle supernove con collasso del nucleo di ferro e ora pensano che questo tipo possa anche produrre esplosioni a bassa energia, a condizione che la massa stellare sia sufficientemente bassa.

Per abbassare il livello di incertezza sulla stella progenitrice del Granchio e sulla natura dell’esplosione, il team scientifico ha utilizzato le capacità spettroscopiche di Webb per concentrarsi su due aree situate all’interno dei filamenti interni del Granchio.

Le teorie prevedono che, a causa della diversa composizione chimica del nucleo in una supernova a cattura di elettroni, il rapporto di abbondanza di nichel e ferro (Ni/Fe) dovrebbe essere molto più alto del rapporto misurato nel nostro Sole (che contiene questi elementi delle precedenti generazioni di stelle).

Studi tra la fine degli anni ’80 e l’inizio degli anni ’90 hanno misurato il rapporto Ni/Fe all’interno del Granchio utilizzando dati ottici e nel vicino infrarosso e hanno notato un elevato rapporto di abbondanza Ni/Fe che sembrava favorire lo scenario della supernova a cattura di elettroni.

Il telescopio Webb, con le sue sensibili capacità infrarosse, sta ora portando avanti la ricerca sulla Nebulosa del Granchio.

Il team ha utilizzato le capacità spettroscopiche di MIRI per misurare le linee di emissione di nichel e ferro, ottenendo una stima più affidabile del rapporto di abbondanza Ni/Fe.

Hanno scoperto che il rapporto era ancora elevato rispetto al Sole, ma solo in modo modesto e molto più basso rispetto alle stime precedenti.

I valori rivisti sono coerenti con la cattura di elettroni, ma non escludono un’esplosione di collasso del nucleo di ferro da una stella di massa altrettanto piccola. (Ci si aspetta che esplosioni ad alta energia da stelle di massa maggiore producano rapporti Ni/Fe più vicini alle abbondanze solari.) Sarà necessario un ulteriore lavoro osservativo e teorico per distinguere tra queste due possibilità.

Oltre a estrarre dati spettrali da due piccole regioni dell’interno della Nebulosa del Granchio per misurare il rapporto di abbondanza, il telescopio ha anche osservato l’ambiente più ampio del resto per comprendere i dettagli dell’emissione di sincrotrone e della distribuzione della polvere.

Le immagini e i dati raccolti da MIRI hanno permesso al team di isolare l’emissione di polvere all’interno del granchio e di mapparla per la prima volta in alta risoluzione. Mappando l’emissione di polvere calda con Webb, e persino combinandola con i dati dell’Herschel Space Observatory sui grani di polvere più freddi, il team ha creato un quadro a tutto tondo della distribuzione della polvere: i filamenti più esterni contengono polvere relativamente più calda, mentre i grani più freddi sono prevalenti vicino al centro.

Questi risultati sono stati accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters.

 

 

Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Princeton University)