Scienza

Le onde d’urto di una supernova sono state riprodotte in laboratorio

Alcuni giorni fa su Live Science è apparsa la notizia che alcuni ricercatori sarebbero stati in grado di riprodurre lo schema di onde d’urto che si verificano nella Supernova.

Ma cos’ha di così eclatante questa notizia? Cosa hanno di speciale le onde d’urto generate da una stella in fin di vita? Scopriamo dunque l’importanza di questo risultato.

Iniziamo col dire cos’è una supernova

Una supernova è un’esplosione stellare, quindi più energetica di quella di una nova, che è invece un’enorme esplosione superficiale di una stella nana bianca. Le supernove sono molto luminose e causano una emissione di radiazione che può per brevi periodi superare quella di una intera galassia.

Quando le stelle muoiono ed esplodono come supernovae, si generano onde d’urto che si propagano attraverso il plasma circostante. Queste onde d’urto sono così potenti che possono far saltar fuori raggi cosmici o particelle altamente energetiche.

Tali onde sembrerebbero agire quasi come acceleratori di particelle, spingendo fuori queste particelle così velocemente che le loro velocità riescono ad avvicinarsi a quella della luce.

Tuttavia, gli scienziati devono ancora capire esattamente come e perché le onde d’urto accelerano queste particelle.

Questa difficoltà è dovuta principalmente nel fatto che le supernovae non sono fenomeni facilmente osservabili in modo diretto, in primis per distanza a cui avvengono, ed in secondo luogo perché non è possibile prevedere con precisione assoluta quando una stella già morente diventerà una supernova; perciò, allo scopo di poter studiare le onde d’urto che producono questi raggi, i ricercatori hanno inventato un nuovo metodo in laboratorio che ha permesso loro di creare una versione naturalmente ridotta delle esplosioni delle supernova.

Alla fine hanno scoperto che queste esplosioni creano particolari turbolenze su scale molto piccole tramite le quali gli elettroni acquisiscono le incredibili velocità di cui sopra.

Cosa è stato fatto?

Il fenomeno vede gli shock provocati dalle supernove produrre fortissimi campi elettromagnetici che fanno rimbalzare più volte le particelle cariche accelerandole a velocità estreme, prossime a quelle della luce.

Per capire come fanno queste particelle ad avere una velocità iniziale sufficiente per poter “attraversare” questo shock, un vero e proprio mistero che negli anni ha attanagliato le menti di tutti gli astronomi che studiano le supernovae hanno dunque cercato di imitare queste condizioni cosmiche in laboratorio.

schema supernova
Rappresentazione schematica della generazione di fluidi di plasma opposti che si scontrano

Basilarmente hanno lavorato per creare un’onda d’urto rapida e diffusa che potesse imitare gli shock che seguono una supernova.

Gli scienziati hanno lavorato presso il National Ignition Facility, un dipartimento dell’Energia presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California. In questa struttura, i ricercatori hanno sparato potenti laser su fogli di carbonio per creare due flussi di plasma,diretti l’uno verso l’altro.

Quando i flussi di plasma si sono scontrati, hanno creato un’onda d’urto in condizioni simili a uno shock residuo di una supernova. Gli scienziati hanno osservato l’esperimento utilizzando sia la tecnologia ottica che i raggi X, ed hanno avuto conferma che lo shock derivante dall’esplosione poteva accelerare gli elettroni fino a quasi la velocità della luce.

Cosa è stato scoperto?

“Non possiamo vedere i dettagli di come le particelle ottengano la loro energia anche negli esperimenti, figuriamoci nelle osservazioni astrofisiche, ed è qui che entrano in gioco le simulazioni”, ha affermato Anna Grassi, coautrice della nuova ricerca, anch’essa allo SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) insieme a Frederico Fiuza, membro senior dello staff del Dipartimento di Energia dello SLAC National Accelerator Laboratory, nonché colui che ha guidato lo studio.

Tuttavia per ottenere i dettagli su come le particelle ottenevano questa accelerazione energetica, hanno effettuato simulazioni computerizzate, basate su modelli elaborati dalla stessa Grassi, scoprendo che i campi elettromagnetici turbolenti all’interno delle onde d’urto sono in grado di aumentare la velocità degli elettroni fino al punto in cui le stesse particelle struggono all’onda d’urto rimbalzando indietro e guadagnando ancora più velocità.

Fiuza, Grassi e i loro colleghi continueranno a indagare sui raggi X emessi dagli elettroni accelerati e ad affinare le loro simulazioni al computer, allo scopo di approfondire ulteriormente queste conoscenze acquisite e di comprendere altri fenomeni legati a queste onde d’urto stupefacenti.

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Giovanni

Sono alto nella media; sono robusto nella media; sono bello nella media; sono intelligente spropositatamente. Detto questo devo rendere noto solo che adoro la fantascienza in tutte le sue forme; gioco frequentemente on line al vecchio (immortale) Jedi Knight: Jedi Academy e mi diletto leggendo manga che considero 'di un certo livello'. Ho studiato fisica, perché mi hanno sempre incuriosito i meccanismi che regolano la realtà intorno a noi, ma l'oggetto vero della mia passione sta milioni di chilometri sopra di noi, e si mostra appena solo di notte, il cosmo, coi suoi oggetti affascinanti e fenomeni terribilmente meravigliosi. Il resto è vita comune, poco accattivante.

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