Da dove provengono la maggior parte degli elementi essenziali per la vita sulla Terra? La risposta:dentro le fornaci delle stelle e le esplosioni che segnano la fine della vita di alcune stelle.

Gli astronomi hanno studiato a lungo le stelle esplose e i loro resti, noti come "resti di supernova", per capire meglio esattamente come le stelle producono e poi diffondono molti degli elementi osservati sulla Terra, e nel cosmo in generale.

A causa del suo stato evolutivo unico, Cassiopeia A (Cas A) è uno dei più intensamente studiati di questi resti di supernova. Una nuova immagine dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA mostra la posizione di diversi elementi nei resti dell'esplosione:silicio (rosso), zolfo (giallo), calcio (verde) e ferro (viola). Ciascuno di questi elementi produce raggi X entro intervalli di energia ristretti, consentendo la creazione di mappe della loro posizione. L'onda d'urto dell'esplosione è vista come l'anello esterno blu.

I telescopi a raggi X come Chandra sono importanti per studiare i resti di supernova e gli elementi che producono perché questi eventi generano temperature estremamente elevate, milioni di gradi, anche migliaia di anni dopo l'esplosione. Ciò significa che molti resti di supernova, compreso Cas A, brillano più intensamente alle lunghezze d'onda dei raggi X che non sono rilevabili con altri tipi di telescopi.

La nitida visione a raggi X di Chandra consente agli astronomi di raccogliere informazioni dettagliate sugli elementi prodotti da oggetti come Cas A. Per esempio, non solo sono in grado di identificare molti degli elementi presenti, ma quanto di ciascuno viene espulso nello spazio interstellare.

I dati di Chandra indicano che la supernova che ha prodotto Cas A ha sfornato quantità prodigiose di ingredienti cosmici chiave. Cas A ha disperso circa 10, 000 masse terrestri che valgono solo zolfo, e circa 20, 000 masse terrestri di silicio. Il ferro in Cas A ha la massa di circa 70, 000 volte quello della Terra, e gli astronomi rilevano un enorme milione di masse terrestri di ossigeno espulso nello spazio da Cas A, equivalente a circa tre volte la massa del Sole. (Anche se l'ossigeno è l'elemento più abbondante in Cas A, la sua emissione di raggi X è distribuita su un'ampia gamma di energie e non può essere isolata in questa immagine, a differenza degli altri elementi mostrati.)

Gli astronomi hanno trovato altri elementi in Cas A oltre a quelli mostrati in questa nuova immagine di Chandra. Carbonio, azoto, fosforo e idrogeno sono stati rilevati anche utilizzando vari telescopi che osservano diverse parti dello spettro elettromagnetico. In combinazione con il rilevamento di ossigeno, questo significa tutti gli elementi necessari per fare il DNA, la molecola che trasporta l'informazione genetica, si trovano in Cas A.

L'ossigeno è l'elemento più abbondante nel corpo umano (circa il 65% in massa), il calcio aiuta a formare e mantenere ossa e denti sani, e il ferro è una parte vitale dei globuli rossi che trasportano l'ossigeno attraverso il corpo. Tutto l'ossigeno nel Sistema Solare proviene dall'esplosione di stelle massicce. Circa la metà del calcio e circa il 40% del ferro provengono anche da queste esplosioni, con l'equilibrio di questi elementi essendo fornito da esplosioni di massa minore, stelle nane bianche.

Sebbene la data esatta non sia confermata, molti esperti pensano che l'esplosione stellare che ha creato Cas A sia avvenuta intorno all'anno 1680 nel lasso di tempo della Terra. Gli astronomi stimano che la stella condannata fosse circa cinque volte la massa del Sole poco prima che esplodesse. Si stima che la stella abbia iniziato la sua vita con una massa circa 16 volte quella del Sole, e ha perso circa due terzi di questa massa in un vento vigoroso che soffiava dalla stella diverse centinaia di migliaia di anni prima dell'esplosione.

All'inizio della sua vita, la stella iniziò a fondere idrogeno ed elio nel suo nucleo in elementi più pesanti attraverso il processo noto come "nucleosintesi". L'energia prodotta dalla fusione di elementi sempre più pesanti bilanciava la stella contro la forza di gravità. Queste reazioni sono continuate fino a formare il ferro nel nucleo della stella. A questo punto, un'ulteriore nucleosintesi consumerebbe piuttosto che produrre energia, quindi la gravità ha quindi causato l'implosione della stella e la formazione di un denso nucleo stellare noto come stella di neutroni.

I mezzi esatti con cui viene prodotta una massiccia esplosione dopo l'implosione sono complicati, e oggetto di intenso studio, ma alla fine il materiale in caduta all'esterno della stella di neutroni fu trasformato da ulteriori reazioni nucleari mentre veniva espulso verso l'esterno dall'esplosione della supernova.

Chandra ha osservato ripetutamente Cas A da quando il telescopio è stato lanciato nello spazio nel 1999. I diversi set di dati hanno rivelato nuove informazioni sulla stella di neutroni in Cas A, i dettagli dell'esplosione, e dettagli su come i detriti vengono espulsi nello spazio.