Hubble indaga sul luogo di nascita di una magnetar

Le magnetar sono resti stellari ultra-densi con campi magnetici estremamente forti. I ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA hanno scoperto che la magnetar SGR 0501+4516 non è nata in una supernova vicina come si pensava in precedenza. Il luogo di nascita di questo oggetto è ora sconosciuto, e SGR 0501+4516 è il candidato più probabile nella nostra galassia per una magnetar che non è nata in una supernova. Questa scoperta è stata resa possibile dagli strumenti sensibili di Hubble e dai precisi benchmark della sonda Gaia dell’ESA.

Nel 2008, lo Swift Observatory della NASA ha individuato brevi e intensi lampi di raggi gamma dalla periferia della Via Lattea.

La sorgente, un oggetto chiamato SGR 0501+4516, è una delle circa 30 magnetar conosciute nella Via Lattea.

Una magnetar è un tipo speciale di stella di neutroni. Le stelle di neutroni sono alcuni degli oggetti più estremi dell’Universo.

Queste stelle in genere impacchettano più della massa del Sole in una sfera di neutroni di circa 20 chilometri di diametro.

Non sorprende che questi oggetti esotici possano mostrare diversi comportamenti estremi, come esplosioni di raggi X e raggi gamma, intensi campi magnetici e rapida rotazione.

“Le magnetar sono stelle di neutroni, i resti morti delle stelle, composti interamente da neutroni. Sono così pesanti e densi che gli elettroni e i protoni che compongono gli atomi sono stati schiacciati insieme in neutroni. Ciò che rende uniche le magnetar sono i loro campi magnetici estremi, miliardi di volte più forti dei magneti più potenti che abbiamo sulla Terra”, ha detto Ashley Chrimes, autore principale dell’articolo pubblicato oggi sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

Chrimes è un ricercatore dell’Agenzia Spaziale Europea presso l’European Space Research and Technology Centre (ESTEC) nei Paesi Bassi.

Si pensa che la maggior parte delle stelle di neutroni nasca in supernovae a collasso del nucleo.

Queste spettacolari esplosioni cosmiche si verificano quando stelle molto più massicce del Sole esauriscono il combustibile per la fusione nucleare.

Gli strati esterni della stella cadono verso l’interno e rimbalzano dal nucleo collassato in un’esplosione che può brevemente eclissare un’intera galassia.

Poiché le magnetar sono esse stesse stelle di neutroni, la spiegazione naturale per la loro formazione è che anch’esse sono nate in supernove.

Questo sembra essere il caso di SGR 0501+4516, che si trova in modo promettente vicino a un resto di supernova chiamato HB9. La separazione tra la magnetar e il centro del resto di supernova nel cielo è di soli 80 minuti d’arco, o leggermente più larga del mignolo se vista all’estremità del braccio teso.

Ma uno studio decennale con Hubble ha messo in dubbio il luogo di nascita della magnetar. Dopo le osservazioni iniziali con telescopi terrestri poco dopo la scoperta di SGR 0501+4516, i ricercatori hanno sfruttato la squisita sensibilità di Hubble e il puntamento costante per individuare il debole bagliore infrarosso della magnetar nel 2010, 2012 e 2020.

Ognuna di queste immagini è stata allineata a un sistema di riferimento definito dalle osservazioni della sonda Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea, che ha realizzato una mappa tridimensionale straordinariamente precisa di quasi due miliardi di stelle nella Via Lattea.

Questo metodo ha rivelato il movimento sottile della magnetar mentre attraversava il cielo. Questo lavoro dimostra quindi che Hubble e Gaia dell’ESA possono rivelare misteri mai visti prima quando uniscono le forze.

“Tutto questo movimento che misuriamo è più piccolo di un singolo pixel di un’immagine di Hubble”, ha detto il co-investigatore Joe Lyman dell’Università di Warwick, nel Regno Unito. “Essere in grado di eseguire in modo robusto tali misurazioni è davvero una testimonianza della stabilità a lungo termine di Hubble”.

Tracciando la posizione della magnetar, il team è stato in grado di misurare il movimento apparente dell’oggetto nel cielo.

Sia la velocità che la direzione del movimento di SGR 0501+4516 hanno mostrato che la magnetar non poteva essere associata al vicino resto di supernova.

Tracciare la traiettoria della magnetar migliaia di anni nel passato ha mostrato che non c’erano altri resti di supernova o ammassi stellari massicci a cui potesse essere associata.

Se SGR 0501+4516 non è nato nel resto di supernova HB9, la magnetar deve essere molto più vecchia dei suoi 20.000 anni di età, oppure deve essersi formata in un altro modo.

Le magnetar possono anche essere in grado di formarsi attraverso la fusione di due stelle di neutroni di massa inferiore o attraverso un processo chiamato collasso indotto dall’accrescimento. Il collasso indotto dall’accrescimento richiede un sistema stellare binario contenente una nana bianca: il nucleo cristallizzato di una stella morta simile al Sole.

Se la nana bianca intrappola il gas dalla sua compagna, può diventare troppo massiccia per sostenersi, portando a un’esplosione o forse alla creazione di una magnetar.

“Normalmente, questo scenario porta all’accensione di reazioni nucleari e all’esplosione della nana bianca, senza lasciare nulla dietro di sé. Ma è stato teorizzato che in determinate condizioni, la nana bianca può invece collassare in una stella di neutroni. Pensiamo che questo possa essere il modo in cui è nato SGR 0501”, ha aggiunto Andrew Levan della Radboud University nei Paesi Bassi e dell’Università di Warwick nel Regno Unito.

SGR 0501+4516 è attualmente il miglior candidato per una magnetar nella nostra galassia che potrebbe essersi formata attraverso una fusione o un collasso indotto dall’accrescimento.

Le magnetar che si formano attraverso il collasso indotto dall’accrescimento potrebbero fornire una spiegazione per alcuni dei misteriosi segnali cosmici chiamati lampi radio veloci, che sono brevi ma potenti lampi di onde radio

. In particolare, questo scenario può spiegare l’origine dei lampi radio veloci che emergono da popolazioni stellari troppo antiche per aver recentemente partorito stelle abbastanza massicce da esplodere come supernove.

“I tassi di natalità delle magnetar e gli scenari di formazione sono tra le questioni più urgenti nell’astrofisica delle alte energie, con implicazioni per molti degli eventi transitori più potenti dell’Universo, come i lampi di raggi gamma, le supernove superluminose e i lampi radio veloci”, ha detto Nanda Rea dell’Istituto di Scienze Spaziali di Barcellona, in Spagna.

Il team di ricerca ha in programma ulteriori osservazioni di Hubble per studiare le origini di altre magnetar nella Via Lattea, aiutando a capire come si formano questi oggetti estremi.