Supernova del 1181, Gemini svela Pa 30 come mai prima: i suoi filamenti sono catene di minuscoli nodi

Quella che a prima vista potrebbe sembrare una gigantesca esplosione di fuochi d’artificio cosmici è in realtà Pa 30, uno degli oggetti più affascinanti e insoliti conosciuti nella nostra Galassia. Il telescopio Gemini North, situato sul Maunakea, nelle Hawaii, ha ottenuto la più dettagliata osservazione mai realizzata di questo sistema, considerato il principale candidato a essere ciò che rimane della supernova SN 1181, osservata dagli astronomi medievali quasi nove secoli fa. Le nuove immagini, acquisite con il Gemini Multi-Object Spectrograph, GMOS, mostrano per la prima volta con una precisione senza precedenti la vera struttura dei caratteristici filamenti radiali di Pa 30. Le formazioni dall’aspetto simile a un’esplosione pirotecnica non sono infatti strisce uniformi di materia in espansione, ma risultano costituite da vere e proprie catene di minuscoli nodi di gas. Si tratta di un dettaglio fondamentale per comprendere la fisica dell’esplosione e il modo in cui il materiale espulso dalla supernova ha interagito con l’ambiente circostante.

Pa 30 osservata in dettaglio dal telescopio Gemini North

Il Gemini North rappresenta una delle due componenti dell’International Gemini Observatory, struttura parzialmente finanziata dalla U.S. National Science Foundation, NSF, e gestita da NSF NOIRLab. Grazie alle osservazioni effettuate con GMOS, gli astronomi sono riusciti a esplorare la complessa morfologia di Pa 30 a una profondità mai raggiunta in precedenza. La nuova immagine permette di distinguere una quantità di strutture filamentose circa dieci volte superiore rispetto a quanto fosse stato possibile osservare nelle precedenti campagne scientifiche. L’elemento più sorprendente riguarda proprio i famosi filamenti che si propagano radialmente dal centro del resto di supernova. In passato erano stati interpretati come strutture relativamente continue e regolari. Le nuove osservazioni dimostrano invece che questi filamenti sono formati da una sequenza estremamente coerente di piccoli addensamenti. La struttura “firework” di Pa 30 si rivela quindi molto più complessa di quanto apparisse nelle immagini precedenti.

La supernova SN 1181 osservata dagli astronomi medievali

La storia di SN 1181 rende Pa 30 ancora più straordinaria. La supernova appartiene infatti a un gruppo estremamente ristretto di esplosioni stellari documentate dall’umanità prima dell’invenzione del telescopio. SN 1181 è una delle sole cinque supernovae della Via Lattea osservate dalla Terra in epoca pre-telescopica. Le testimonianze storiche disponibili sono particolarmente preziose. Ben otto testi differenti indicano che astronomi cinesi, giapponesi e arabi osservarono per la prima volta la nuova sorgente luminosa nel cielo tra il 4 e il 6 agosto 1181. L’evento apparve nella regione della costellazione di Cassiopea e rimase visibile per ben 185 giorni. Per gli osservatori dell’epoca si trattava di una nuova luce comparsa improvvisamente nel firmamento. Oggi, grazie alla moderna astrofisica, è possibile ricondurre quelle cronache a un’enorme esplosione stellare avvenuta nella nostra Galassia. Una supernova di quel tipo avrebbe necessariamente lasciato una traccia fisica. Per secoli, tuttavia, non era stato possibile identificare con certezza il resto dell’esplosione. È proprio Pa 30, sistema formato da una stella centrale blu circondata da una spettacolare struttura quasi sferica di filamenti, a essere diventato il candidato più convincente.

Pa 30 scoperta soltanto nel 2013 grazie alla citizen science

Nonostante sia collegata a un fenomeno osservato nel 1181, Pa 30 è stata individuata soltanto in tempi molto recenti. La sua scoperta risale infatti al 2013 ed è legata a una campagna di citizen science dedicata alla ricerca di nebulose planetarie all’interno dei dati raccolti dal Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE. Pa 30 fu la trentesima nebulosa scoperta dall’astronomo amatoriale statunitense Dana Patchick, circostanza dalla quale deriva la sua denominazione. Le successive osservazioni effettuate con il KPNO 2.1-meter Telescope e con l’Hiltner 2.4-meter Telescope, entrambi situati presso il NSF Kitt Peak National Observatory, permisero di individuare una debole emissione nebulare diffusa. Quelle immagini rivelarono inoltre qualcosa di ancora più particolare: una serie di spettacolari filamenti radiali che attraversavano la nebulosa formando una struttura quasi perfettamente sferica. L’età stimata dell’oggetto e la sua luminosità rafforzarono progressivamente l’ipotesi che Pa 30 fosse proprio il resto della supernova del 1181.

I filamenti di Pa 30 sono formati da minuscoli nodi di gas

La nuova analisi delle osservazioni realizzate con Gemini North è stata guidata da Timothy Cunningham, del Center for Astrophysics — Harvard & Smithsonian, e da Ilaria Caiazzo, dell’Institute of Science and Technology Austria. I nuovi dati mostrano circa dieci volte più strutture filamentose rispetto a quelle precedentemente conosciute. Ma è la natura fisica dei filamenti a rappresentare uno degli aspetti scientificamente più interessanti. Le nuove osservazioni indicano infatti che le strutture radiali non sono fasci lisci e uniformi di materiale, come si riteneva in passato. Sono invece composte da catene regolari di minuscoli nodi di gas. Questa configurazione potrebbe conservare una vera e propria memoria delle condizioni presenti intorno alla stella al momento dell’esplosione. Secondo l’interpretazione dei ricercatori, la struttura nodulare suggerisce che nel mezzo circumstellare possano essere esistite variazioni di temperatura oppure di densità. Queste disomogeneità avrebbero successivamente influenzato il comportamento del materiale espulso dalla supernova mentre si espandeva radialmente nello spazio. La forma osservata oggi sarebbe quindi il risultato dell’interazione tra l’onda dell’esplosione e il complesso ambiente presente attorno alla stella progenitrice.

Pa 30 è un resto di supernova unico nella Via Lattea

Pa 30 non è soltanto importante perché potrebbe essere associata a un evento astronomico documentato nel Medioevo. Il sistema presenta caratteristiche che lo rendono unico tra tutti i resti di supernova conosciuti. Nel centro della struttura si trova la stella IRAS 00500+6713, ciò che rimane dell’astro coinvolto nell’esplosione. La sua temperatura è estrema: circa 200.000 gradi Celsius, equivalenti a circa 360.000 gradi Fahrenheit. Si tratta quindi di una stella eccezionalmente calda. Non meno impressionanti sono i suoi venti stellari, che raggiungono velocità di circa 16.000 chilometri al secondo, equivalenti a circa 10.000 miglia al secondo. Sono parametri che testimoniano quanto estreme siano ancora oggi le condizioni fisiche associate a un evento avvenuto quasi nove secoli fa.

La stella centrale è ancora quasi perfettamente al centro della nebulosa

Un altro elemento fondamentale riguarda la posizione della stella centrale. Quando si verifica una supernova, le enormi forze generate durante l’esplosione possono imprimere alla stella residua una notevole velocità, spostandola rispetto al centro geometrico della nebulosa. In termini astrofisici, le stelle residue possono quindi essere “kicked” lontano dalla posizione originaria. Nel caso di Pa 30, però, accade qualcosa di sorprendente. La stella centrale appare ancora quasi esattamente al centro del resto di supernova. Questa configurazione rappresenta un indizio particolarmente importante sulla natura dell’esplosione. La posizione della stella suggerisce infatti che l’evento sia stato estremamente simmetrico. Una forte asimmetria avrebbe probabilmente prodotto un impulso sufficiente a spostare in modo significativo il residuo stellare. L’assenza di questo grande spostamento permette quindi di escludere una forte accelerazione impartita alla stella durante la supernova.

SN 1181 sarebbe stata una rarissima supernova di tipo Iax

Proprio l’insieme delle caratteristiche osservate porta i ricercatori a ritenere che SN 1181 sia stata una supernova di tipo Iax, una categoria estremamente rara di esplosioni stellari. Le supernovae di tipo Ia tradizionali sono eventi di altissima energia nei quali la stella coinvolta viene completamente distrutta. Le supernovae di tipo Iax, invece, rappresentano esplosioni meno energetiche e incomplete. In questi casi la deflagrazione non riesce a cancellare completamente la stella, lasciando dietro di sé un residuo stellare sopravvissuto. La presenza della stella centrale di Pa 30 è perfettamente compatibile con questo scenario. La particolarità è ancora maggiore perché Pa 30 è l’unico resto conosciuto di una supernova di tipo Iax nella Via Lattea. Il sistema rappresenta quindi un laboratorio astrofisico eccezionale per comprendere una categoria di supernovae che può essere studiata molto più frequentemente in galassie lontane, ma della quale nella nostra Galassia esiste un solo esempio identificato.

Un’esplosione avvenuta quasi 850 anni fa continua a raccontare la sua storia

La nuova immagine ottenuta dal Gemini North crea un collegamento straordinario tra l’astronomia moderna e le osservazioni compiute quasi nove secoli fa da persone che disponevano esclusivamente dei propri occhi per studiare il cielo. Le annotazioni realizzate da astronomi cinesi, giapponesi e arabi nel 1181 hanno permesso alla scienza contemporanea di confrontare un evento storico con uno specifico oggetto astrofisico ancora oggi osservabile. Le immagini ad altissima sensibilità di Gemini North permettono ora di entrare ancora più profondamente nella struttura di quel lontano evento. Le catene di piccoli nodi individuate lungo i filamenti potrebbero conservare informazioni preziose sulle condizioni ambientali esistenti immediatamente prima e dopo l’esplosione, mentre la posizione quasi perfettamente centrale della stella residua permette di ricostruire la geometria della supernova. Pa 30 diventa così non soltanto il probabile monumento cosmico lasciato da SN 1181, ma anche una testimonianza di come osservazioni compiute in epoche profondamente diverse possano essere unite per ricostruire la storia dell’Universo. A quasi 850 anni dalla comparsa della supernova nel cielo, la sua struttura continua dunque a offrire nuove informazioni. E la visione ottenuta dal telescopio Gemini North mostra che persino un oggetto studiato per anni può nascondere dettagli fondamentali ancora invisibili fino alla generazione successiva di osservazioni astronomiche.