Svelato il mistero dei raggi gamma della nova V 959 Mon

---

Pubblicato Lunedì, 13 Ottobre 2014 06:35

Scritto da Elisabetta Bonora

---

A sinistra, il materiale relativamente lento emesso lungo l'equatore del sistema stellare binario nei primi momenti;
Al centro, il materiale blu indica i venti veloci incanalati lungo i poli del sistema stellare binario. Il materiale equatoriale e polare si blocca per intersezione, producendo urti e emissioni di raggi gamma (zone rosse);
A destra, la nova ha cessato la sua attività e il materiale va alla deriva nello spazio.
Credit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Immagini dettagliate riprese con diversi radiotelescopi, hanno permesso agli scienziati di individuare i meccanismi alla base delle missioni di raggi gamma associati alla nova V 959 Mon.

"Non solo abbiamo scoperto da dove provengono i raggi gamma, ma abbiamo anche ottenuto un quadro precedentemente sconosciuto della situazione, che può essere comune ad altre novae", ha detto Laura Chomiuk, della Michigan State University.

Le nove sono esplosioni termonucleari comuni in astrofisica.
Si verificano nei sistemi binari, sulle superfici delle nane bianche (stelle di piccole dimensioni, poco luminose ma molto dense, con una massa simile a quella di Sole) per accrescimento di gas riversati dalla stella compagna, generalmente una gigante rossa. L'evento innesca un'esplosione termonucleare che soffia detriti nello spazio interstellare: le novae tipicamente espellono circa 10^-4 masse solari di materiale a velocità superiori a 1.000 chilometri al secondo. Questo processo produce bruschi aumenti di luminosità che durano da qualche ora a qualche giorno.

Tuttavia, il meccanismo alla base dell'espulsione di massa è poco conosciuto e gli astronomi ritenevano che la radiazione emessa non arrivasse all'energia dei raggi gamma.

Eppure, a giugno 2012, il satellite Fermi della NASA aveva rilevato dei raggi gamma provenienti dalla nova chiamata V959 Mon, a 6.500 anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione dell’Unicorno.
Poco dopo, i dati del Karl Jansky Very Large Array (VLA) indicavano che le onde radio provenienti dalla nova erano state probabilmente causate da particelle subatomiche che, muovendosi quasi alla velocità della luce, interagivano con i campi magnetici.
Osservazioni successive con il Very Long Baseline Array (VLBA) e la rete europea VLBI hanno rilevato la presenza di due "nodi" distinti di emissioni radio, in allontanamento l'uno dall'altro. Questi dati, combinati con quelli dell'e-MERLIN nel Regno Unito ed altre riprese con il VLA nel 2014, hanno permesso agli scienziati di ricostruire il puzzle e comprendere come sono stati prodotti i nodi e i raggi gamma.

Inizialmente la nana bianca e la sua compagna hanno trasferito parte della loro energia di rotazione ad una parte del materiale espulso durante l'esplosione, accelerandolo lungo il loro piano orbitale. Successivamente la nana bianca ha prodotto un flusso di particelle veloci verso l'esterno lungo i poli del piano orbitale. Quando questo getto veloce ha colpito il materiale più lento, lo shock ha accelerato le particelle alle velocità necessarie per produrre i raggi gamma e i nodi di emissione radio.

Dall'esplosione del 2012, Fermi ha rilevato altri tre eventi analoghi con raggi gamma associati:
"Questo meccanismo può essere comune a tali sistemi. La ragione per cui i raggi gamma sono stati visti prima in V959 Mon è perché è vicino", ha detto Chomiuk. Aggiungendo: "Potremmo essere in grado di utilizzare le novae come un 'banco di prova' per migliorare la nostra comprensione di questa fase critica nei sistemi binari in evoluzione".

I risultati verranno pubblicati sulla rivista Nature.

Binary orbits as the driver of γ-ray emission and mass ejection in classical novae [abstract]

Classical novae are the most common astrophysical thermonuclear explosions, occurring on the surfaces of white dwarf stars accreting gas from companions in binary star systems. Novae typically expel about 10⁻⁴ solar masses of material at velocities exceeding 1,000 kilometres per second. However, the mechanism of mass ejection in novae is poorly understood, and could be dominated by the impulsive flash of thermonuclear energy, prolonged optically thick winds or binary interaction with the nova envelope. Classical novae are now routinely detected at gigaelectronvolt γ-ray wavelengths, suggesting that relativistic particles are accelerated by strong shocks in the ejecta. Here we report high-resolution radio imaging of the γ-ray-emitting nova V959 Mon. We find that its ejecta were shaped by the motion of the binary system: some gas was expelled rapidly along the poles as a wind from the white dwarf, while denser material drifted out along the equatorial plane, propelled by orbital motion. At the interface between the equatorial and polar regions, we observe synchrotron emission indicative of shocks and relativistic particle acceleration, thereby pinpointing the location of γ-ray production. Binary shaping of the nova ejecta and associated internal shocks are expected to be widespread among novae, explaining why many novae are γ-ray emitters.