La complessa fisica che regola il collasso del nucleo di una stella massiccia e la successiva esplosione di una supernova può essere svelata da un’attenta analisi delle proprietà fisiche degli ejecta prodotti dall’esplosione, in particolare di quelli più interni, qualora essi non siano ancora stati investiti dalle onde d’urto riflesse che si propagano verso il centro del resto di supernova.

Diverse osservazioni del resto di supernova Sn 1987A, originato dall’esplosione di una supergigante blu nella Grande Nube di Magellano nel 1987, mostrano che gli ejecta interni presentano una morfologia fortemente asimmetrica. In particolare, il James Webb Space Telescope (Jwst) ha rivelato la presenza di ejecta ricchi in ferro con una struttura marcatamente bipolare, in espansione a una velocità di circa 2300 km/s. Questi ejecta sono particolarmente significativi, poiché si sono originati dalle regioni più profonde della stella progenitrice.

Nel pannello di sinistra, l’immagine di Sn 1987A ottenuta dalla camera NirCam del James Webb Space Telescope;
nel pannello centrale, la distribuzione di densità del resto di supernova, inclusi gli ejecta ricchi in ferro, come previsto da un modello sviluppato nel 2020 dal team di S. Orlando;
nel pannello di destra, la morfologia attuale del resto, come prevista dal nuovo modello presentato in questo studio. Crediti: S. Orlando et al., A&A, 2025

In uno studio in uscita su Astronomy & Astrophysics, un team di ricercatori guidato dall’astrofisico Salvatore Orlando dell’Inaf di Palermo ha sviluppato e analizzato un modello magnetoidrodinamico (ossia che tiene conto dell’interazione tra materia e campo magnetico) dell’evoluzione di Sn 1987A, dalla fase di supernova fino allo sviluppo del resto di supernova. Il modello riproduce con successo la morfologia bipolare degli ejecta ricchi in ferro osservata dal James Webb Space Telescope, mostrando come tali strutture derivino da un’esplosione fortemente asimmetrica. L’espansione degli ejecta è stata ulteriormente accelerata dal decadimento radioattivo del nichel in ferro, un processo che ha riscaldato il materiale interno del resto di supernova, aumentandone la pressione e contribuendo alla formazione di una “bolla di nichel”.

Il modello ha anche permesso di fare previsioni sull’evoluzione dell’emissione nei raggi X da parte degli ejecta nei prossimi anni. In particolare, l’interazione tra le onde d’urto riflesse e gli ejecta esterni ha riscaldato il materiale a temperature elevate, portandolo a emettere radiazione X. Questa emissione è in aumento dal 2021, e ci si attende che cresca ulteriormente man mano che gli ejecta più interni vengono investiti dalle onde d’urto inverse. Future osservazioni con telescopi a raggi X, come il satellite Xrism dell’Agenzia spaziale giapponese (Jaxa), forniranno importanti strumenti diagnostici per studiare le proprietà fisiche degli ejecta più interni.

Salvatore Orlando, astrofisico all’Inaf di Palermo e primo autore dello studio sugli ejecta di Sn 1987A in uscita su A&A. Crediti: Inaf Oa Palermo

«Le straordinarie immagini del telescopio Jwst hanno aperto una nuova finestra su Sn 1987A, l’esplosione stellare più iconica degli ultimi decenni. Grazie alla sua eccezionale sensibilità e risoluzione angolare», spiega Orlando, «Jwst ha rivelato che il ferro espulso durante l’esplosione non è distribuito in modo omogeneo, ma concentrato in due enormi “grumi” distinti, proiettati nello spazio a velocità elevatissime. Le difficoltà incontrate dai modelli attuali nel riprodurre questa sorprendente struttura del materiale espulso indicano che qualcosa di inatteso potrebbe essere avvenuto nei primissimi istanti dell’esplosione. Stiamo già considerando due possibili spiegazioni: da un lato, violente instabilità indotte dal flusso di neutrini nel cuore della stella morente; dall’altro, scenari più estremi in cui campi magnetici e rotazione giocano un ruolo cruciale nel generare un’esplosione bipolare. Tuttavia, nessuna di queste ipotesi riesce al momento a spiegare pienamente tutte le caratteristiche osservate. Per far luce su questo enigma, saranno fondamentali nuove osservazioni e simulazioni numeriche sempre più sofisticate».

• Per saperne di più:Leggi il preprint dell’articolo in uscita su Astronomy & Astrophysics “Tracing the ejecta structure of SN 1987A: Insights and diagnostics from 3D MHD simulations”, di S. Orlando, M. Miceli, M. Ono, S. Nagataki, M.-A. Aloy, F. Bocchino, M. Gabler, B. Giudici, R. Giuffrida, E. Greco, G. La Malfa, S.-H. Lee, M. Obergaulinger, O. Petruk, V. Sapienza, S. Ustamujic e J. Weng