L’Esplosione di Cassiopea A

Le stelle massicce che esplodono come supernove sono le fonti principali di elementi chimici pesanti nell’Universo. In particolare i nuclei atomici radioattivi vengono sintetizzati nelle calde regioni interne durante l’esplosione e possono essere utili per sondare i processi fisici non osservabili che danno inizio all’esplosione.

Utilizzando simulazioni al computer un team di ricercatori del Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) e del giapponese RIKEN è riuscito a fornire una spiegazione per le distribuzioni spaziali misurate di titanio e nichel radioattivi in Cassiopeia A, il famoso residuo di una supernova la cui luce ha raggiunto la Terra circa 340 anni fa. I modelli supportano la teoria che questi eventi di morte stellare possano essere innescati e alimentati da neutrini in fuga dalla stella di neutroni rimasta in seguito al collasso della stella massiccia morente.

Le stelle massicce terminano la vita con gigantesche esplosioni di supernova. Quando il nucleo composto principalmente di ferro raggiunge circa 1,5 masse solari collassa sotto la sua stessa gravità e si forma una stella di neutroni. Nel corso di questo catastrofico evento vengono rilasciate enormi quantità di energia, principalmente in seguito a emissione di neutrini. Queste particelle elementari sono prodotte in abbondanza nell’interno delle stelle di neutroni appena formate.

I processi fisici che innescano e guidano l’esplosione sono rimasti un mistero da oltre 50 anni. Uno dei meccanismi proposti riguarda i neutrini: quando i neutrini fuoriescono dal caldo interno della stella di neutroni, una piccola frazione viene assorbita dal gas circostante. Questo riscaldamento provoca violenti moti nel gas, simili a quelli in una pentola d’acqua in ebollizione.

Quando il “ribollire” del gas diviene sufficientemente potente avviene l’esplosione di supernova. Gli strati esterni della stella morente vengono espulsi nello spazio, e con essi tutti gli elementi chimici che la stella ha prodotto durante la sua vita. Ma durante l’esplosione si formano anche nuovi elementi, tra cui quelli radioattivi come titanio 44 e nichel 56, che poi decadono in calcio e ferro, rispettivamente. L’energia rilasciata fa brillare la supernova per anni.

A causa di questo “ribollire” l’onda d’urto derivante dall’esplosione imprime un’asimmetria su vasta scala sul materiale stellare espulso. Inoltre la produzione di elementi pesanti dal silicio al ferro, e anche in particolare di titanio e nichel, è più efficiente nelle direzioni in cui l’esplosione è più forte e una maggior quantità di materia viene riscaldata ad alte temperature.

Le nuove osservazioni e le simulazioni relative a Cassiopeia A (Cas A), un oggetto di giovane età e relativamente vicino, a 11.000 anni luce dalla Terra, sembrano confermare queste previsioni teoriche. È fondamentale studiare a fondo le dinamiche delle esplosioni di supernova perché costituiscono una fonte di elementi pesanti che vengono prodotti durante questi eventi estremi. Il gas arricchito da questi elementi viene rilasciato nel mezzo interstellare e può servire per nuove generazioni di stelle e pianeti.
[ Barbara Bubbi ]

https://m.phys.org/news/2017-06-radioactive-elements-cassiopeia-neutrino-driven-explosion.html

Nell’immagine il resto di supernova Cassiopeia A ripreso da tre grandi osservatori della NASA. I dati a infrarossi del telescopio Spitzer sono in rosso, i dati nel visibile del telescopio Hubble in giallo e i dati a raggi X dell’osservatorio Chandra sono in verde e in blu.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech/STScI/CXC/SAO