Una rara esplosione cosmica ha offerto agli astronomi una visione senza precedenti di una stella massiccia nei suoi ultimi istanti, rivelando un anello mancante tra le supernove ordinarie e le esplosioni più energetiche dell’Universo. Diverse strutture e strumenti del NOIRLab della NSF hanno contribuito a svelare la natura di questo evento, tra cui la Dark Energy Camera, realizzata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, il telescopio Nicholas U. Mayall da 4 metri della National Science Foundation statunitense e l’Osservatorio Vera C. Rubin della NSF-DOE.
Nel marzo 2026, la sonda Einstein ha rilevato un breve lampo di raggi X molli emessi da una galassia a circa 500 milioni di anni luce di distanza. Il lampo, denominato EP260321a, ha immediatamente innescato una campagna di osservazione a livello mondiale. Nel giro di un’ora, i telescopi terrestri hanno iniziato a monitorare la sorgente, rivelando una supernova in rapido aumento di luminosità, successivamente designata SN 2026gzf. Due team di scienziati hanno utilizzato diverse strutture del NOIRLab della NSF per osservare l’evento e monitorarne l’evoluzione del profilo luminoso. I team erano guidati da Brendan O’Connor, astronomo e McWilliams Fellow presso la Carnegie Mellon University, e da Jillian Rastinejad, NASA Einstein Fellow presso l’Università del Maryland, College Park. I risultati dei loro studi sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters.
Uno “shock breakout”
Entrambi i team sono stati in grado di identificare indipendentemente l’emissione iniziale di raggi X come uno “shock breakout”, ovvero il momento in cui la potente onda d’urto di un’esplosione stellare attraversa la superficie della stella e rilascia la prima luce di una supernova. Sebbene ci si aspetti che le onde d’urto si verifichino in tutte le esplosioni di supernova, sono notoriamente difficili da osservare perché durano solo da pochi secondi a qualche ora. Negli ultimi due decenni, gli astronomi hanno identificato con certezza solo un altro evento di onda d’urto a raggi X chiaramente rilevabile, il che rende EP260321a una scoperta eccezionalmente rara.
Ciascun team è stato anche in grado di confermare in modo indipendente che l’esplosione era una supernova di tipo Ic a righe larghe (Ic-BL). Queste supernovae possiedono tipicamente getti di materiale relativistico, ovvero materiale che si muove a velocità prossime a quella della luce, e sono comunemente associate ai lampi gamma, che rappresentano la classe di esplosioni più brillanti e potenti dell’Universo.
Un caso unico
Tuttavia, SN 2026gzf si distingue come un caso unico per molteplici ragioni. In primo luogo, l’onda d’urto iniziale è la più debole mai associata a una supernova Ic-BL, sebbene l’esplosione stessa non fosse altrettanto debole. Inoltre, i ricercatori sono rimasti sorpresi di non aver trovato alcuna prova di un lampo di raggi gamma dopo la supernova, nonostante l’evento sembrasse corrispondere ad altre supernove di tipo Ic-BL seguite da lampi di raggi gamma.
“SN 2026gzf appare straordinariamente simile ad altre supernove energetiche precedentemente associate a lampi di raggi gamma. Tuttavia, le osservazioni di follow-up a diverse lunghezze d’onda, effettuate con gli strumenti più sensibili, non hanno rilevato alcuna prova di un getto relativistico o di un bagliore residuo, che sono tipicamente osservati in questi eventi”, afferma O’Connor. “Una possibilità è che il getto sia stato ‘soffocato’, o dalla superficie della stella o dal materiale circumstellare che la circonda”.
Lo studio
Per la loro indagine su questo enigmatico evento, O’Connor e il suo team hanno acquisito immagini profonde della supernova durante la fase di aumento di luminosità e il raggiungimento del picco di luminosità, utilizzando la Dark Energy Camera (DECam) da 570 megapixel, realizzata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) e montata sul telescopio NSF Víctor M. Blanco da 4 metri presso l’Osservatorio Interamericano di Cerro Tololo (CTIO) in Cile, un programma del NSF NOIRLab. Immagini d’archivio della DECam, scattate dieci anni prima dell’esplosione, hanno rivelato una sorgente blu nella stessa posizione, offrendo rari indizi sul sistema progenitore e sul suo ambiente prima della morte della stella.
L’evento si è verificato anche all’interno del campo di perforazione profonda COSMOS dell’Osservatorio Vera C. Rubin, gestito congiuntamente da NSF e DOE. I dati pubblici forniti dal sistema di allerta di Rubin, Babamul, hanno offerto ulteriori osservazioni multibanda che hanno contribuito a tracciare l’evoluzione della supernova e hanno rivelato prove di attività del sistema progenitore poco prima dell’esplosione. Grazie alla rapida cadenza e alla sensibilità senza precedenti di Rubin, si prevede che le osservazioni continue forniranno registrazioni dettagliate e a lungo termine della supernova durante la sua evoluzione negli anni a venire.
Inoltre, lo strumento Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), montato sul telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall della NSF presso il Kitt Peak National Observatory (KPNO), un programma del NSF NOIRLab, ha ottenuto molteplici spettri attraverso il suo programma di rilevamento di transienti con fibre di riserva. Questo programma mira a utilizzare le fibre di riserva del DESI, non ancora assegnate a un bersaglio, per seguire i transienti identificati da Rubin. Queste osservazioni hanno permesso al team di seguire l’evoluzione di SN 2026gzf nel tempo e di confermarne la natura di supernova Ic-BL.
“Il programma di fibre ottiche di riserva del DESI ci ha dato l’opportunità di tornare ripetutamente su SN 2026gzf e seguire come il suo spettro si è modificato durante l’evoluzione dell’esplosione”, afferma Xander Hall, dottorando alla Carnegie Mellon University, membro del team di O’Connor e secondo autore dell’articolo. “Questa sequenza di osservazioni dimostra l’efficacia dell’utilizzo delle fibre ottiche di riserva del DESI per il rapido monitoraggio e la classificazione dei transienti, in un momento in cui Rubin continuerà ad intensificare il suo flusso di allerte per i transienti nel prossimo decennio”.
Per il loro studio, O’Connor e il suo team hanno anche acquisito osservazioni dal Chandra X-ray Observatory della NASA, dal Very Large Array (VLA) del National Radio Astronomy Observatory, dal Fraunhofer Telescope dell’Osservatorio Wendelstein della Ludwig-Maximilians-Universität, dai telescopi del Palomar Observatory del Caltech, dall’Hobby-Eberly Telescope e dal Southern African Large Telescope (SALT).
Rastinejad e il suo team hanno condotto simultaneamente un’indagine di follow-up multi-lunghezza d’onda dell’evento utilizzando entrambi gli spettrografi multi-oggetto Gemini (GMOS) installati su Gemini North alle Hawaii e Gemini South in Cile, che compongono l’Osservatorio Internazionale Gemini, e lo spettrografo Goodman installato sul telescopio SOAR da 4,1 metri tramite la sua coda AEON; sia Gemini che SOAR sono parzialmente finanziati dalla NSF e gestiti da NSF NOIRLab. Hanno inoltre utilizzato dati provenienti dall’Osservatorio Rubin NSF-DOE, dall’Osservatorio Palomar e dal VLA.
I risultati
Queste osservazioni hanno aiutato Rastinejad e il suo team a confermare che SN 2026gzf era una supernova di tipo Ic-BL, a determinare l’assenza di getti relativistici e a comprendere la struttura della stella e l’ambiente circostante immediatamente prima del collasso. “Le nostre osservazioni ci hanno permesso di studiare la fisica di tre fasi di questa esplosione: l’onda d’urto a raggi X, la supernova che l’ha accompagnata e l’interazione della supernova con il materiale precedentemente espulso dalla stella morente”, afferma Rastinejad. “Grazie a queste informazioni siamo stati in grado di mappare la struttura del materiale che circonda la stella e di comprendere il suo comportamento violento prima del collasso”.
I ricercatori hanno determinato che la stella progenitrice è una stella di Wolf-Rayet, una stella nata con circa 20 volte la massa del Sole che consuma il suo idrogeno nelle prime fasi della sua vita. Hanno scoperto che, prima della sua morte esplosiva, la stella ha subito episodi irregolari di perdita di massa, espellendo tutto il suo idrogeno e l’elio e lasciando dietro di sé una stella spoglia composta principalmente da carbonio e ossigeno. La turbolenta perdita di massa ha creato molteplici strati di materiale attorno alla stella: uno strato compatto e vicino di materiale a bassa massa che ha emesso il segnale iniziale a raggi X, e uno strato esteso e asimmetrico di materiale che ha emesso il segnale ottico della supernova.
“Questa è la prima volta che abbiamo mappato l’ambiente pre-esplosione di una stella privata di idrogeno ed elio“, afferma Gokul Srinivasaragavan, neolaureato con dottorato di ricerca presso l’Università del Maryland, membro del team di Rastinejad e secondo autore dell’articolo. “In futuro, sono entusiasta di osservare altri eventi di shock breakout con un livello di dettaglio simile per verificare se tutte le stelle private di idrogeno ed elio abbiano uno ‘stile di vita’ simile prima del collasso e quali, se ce ne sono, differenze possiamo osservare”.
Un nuovo modo in cui le stelle massicce possono morire
Con uno shock breakout a raggi X eccezionalmente debole e senza deflussi relativistici, EP260321a/SN 2026gzf funge da ponte unico tra i normali shock breakout delle supernove e le esplosioni più estreme che generano lampi gamma a bassa luminosità. Stabilendo che le supernove energetiche Ic-BL non sempre producono un lampo di raggi gamma, deflussi relativistici o un bagliore residuo di lunga durata, questa scoperta suggerisce che le stelle massicce possono morire attraverso una gamma più ampia di percorsi di quanto si pensasse in precedenza.
Il risultato dimostra anche la crescente potenza dell’astronomia coordinata nel dominio del tempo, in cui missioni spaziali e osservatori terrestri collaborano per catturare eventi cosmici transitori in tempo reale. Combinando le osservazioni di Einstein Probe, delle strutture NSF NOIRLab e degli osservatori partner in tutto il mondo, i ricercatori sono stati in grado di ricostruire una rara esplosione con un livello di dettaglio senza precedenti.
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