La supernova “sovralimentata”, Fermi intravede il motore magnetico di un’esplosione stellare estrema

Era il 2017 quando Gaia, il telescopio spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea, osservò l’esplosione di una supernova nella galassia a spirale barrata NGC3191, in direzione della costellazione dell’Orsa Maggiore. Sebbene lontana circa 440 milioni di anni luce dalla Terra, l’esplosione fu ben visibile in quanto fu una supernova “superluminosa”, una rara tipologia fino a 10 volte più brillante nel visibile rispetto alle normali supernovae.

A questa supernova fu assegnato il nome SN 2017egm

Le supernovae superluminose sono rare. Secondo il team internazionale di ricercatori che ha condotto lo studio, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, negli ultimi decenni ne sono state identificate circa 400, contro le migliaia di supernovae normali scoperte mediamente in un singolo anno.

SN 2017egm, una supernova superluminosa osservata nei raggi gamma

Durante una survey di supernovae, la SN 2017egm è stata riosservata nel 2024 da un altro telescopio, il Fermi-LAT (Large Area Telescope ) sensibile ai raggi gamma, la radiazione più energetica esistente nell’Universo.

La scoperta di emissione di raggi gamma da parte della supenova SN 2017egm, ancora rilevabile dopo anni dall’esplosione, suggerisce che la possibile causa del suo essere "superluminosa" sia legata ad una magnetar formatasi nel cuore della supernova.

Le magnetar, stelle di neutroni super magnetiche

Il collasso finale di una stella massiccia può generare un buco nero o una stella di neutroni. Nel secondo caso, è possibile che la contrazione estrema amplifichi il campo magnetico, inizialmente presente nella stella morente, fino a valori tra i più alti conosciuti nell’Universo. In questo caso si parla di magnetar: una stella di neutroni con un campo magnetico eccezionalmente intenso.

I meccanismi fisici che operano durante l’esplosione di una supernova sono abbastanza compresi e riescono a spiegare la luminosità prodotta durante le normali esplosioni e la loro variazione nel tempo.

Per poter spiegare una superluminosità, cioè fino a 10 volte maggiore, è necessario invocare altri meccanismi, oltre l'onda d'urto, che possano fornire l’energia in più.

Uno dei meccanismi ipotizzati consiste nella formazione di una magnetar. Questo oggetto supercompatto, la cui elevatissima rotazione viene frenata magneticamente, cedendo via via parte della propria energia agli strati di polveri e gas espulsi durante l’esplosione, continua ad iniettare energia, sovralimentando l'esplosione.

L’energia emessa dalla supernova, oltre ad essere prodotta dall’onda d’urto innescata dal collasso del nucleo, è anche prodotta da questo motore nascosto ma potente.

Cosa ha visto Fermi e perché la scoperta è importante

L'Ipotesi che alla base della superluminosità di SN 2017egm ci sia l’azione di una magnetar trova supporto nelle osservazioni del telescopio spaziale Fermi-LAT.

Ciò che cercava Fermi nella sua survey di supernovae era proprio l’emissione di raggi gamma generati da possibili magnetar. Ha cercato questa emissione gamma in migliaia di supernove, trovando solo indizi non definitivi.

SN 2017egm ha svelato tale emissione per cui rappresenta un caso particolarmente importante.

Tra le ipotesi presentate per giustificare la superluminosità c'è l’interazione tra il materiale espulso dalla supernova e gusci di gas circumstellare prodotti dalla stella prima di esplodere oppure, come dicevamo, la cessione di energia da parte della magnetar al materiale espulso. Quest'ultimo è il meccanismo che meglio spiega le osservaioni di SN 2017egm.

La parte più innovativa della scoperta è la finestra osservativa.

Mentre in passato le supernovae superluminose erano state studiate soprattutto nella luce ottica, ultravioletta e infrarossa, oggi grazie ai penetranti raggi gamma è possibile studiare i processi più energetici e profondi nel cuore della supernova.

Lo studio mostra che un evento simile a SN 2017egm potrebbe essere osservabile anche da Terra, ad esempio dal Cherenkov Telescope Array Observatory, trasformando casi rari come SN 2017egm in una classe di fenomeni osservabili in modo sistematico.
Una migliore comprensione della fisica dietro le supernove superluminose aiuta a capire meglio come muoiano le stelle più massicce, come nascano stelle di neutroni e magnetar, e come l’Universo venga arricchito di elementi pesanti prodotti e diffusi durante l’esplosione.

SN 2017egm mostra che, in alcuni casi, il vero protagonista non è solo chi dà più spettacolo, ossia la stella che esplode, ma anche il piccolo oggetto compatto che nasce al centro della catastrofe stellare.

Riferimento allo studio

"Gamma-ray signature of superluminous supernovae: Fermi-LAT GeV detection of SN 2017egm and evidence of a central engine" F. Acero et al. A&A, 709, 2026, A229 https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558547