Figura 1:L'impressione di un artista mostra come un immaginario pesce palla al neon divori gli elettroni all'interno di un nucleo di una stella. Attestazione:Kavli IPMU
Un team internazionale di ricercatori ha scoperto che il neon all'interno di una certa stella massiccia può consumare gli elettroni nel nucleo, un processo chiamato cattura di elettroni, che fa collassare la stella in una stella di neutroni e produce una supernova.
I ricercatori erano interessati a studiare il destino finale delle stelle entro un intervallo di massa compreso tra 8 e 10 masse solari, o da otto a dieci volte la massa del sole. Questo intervallo di massa è importante perché include il confine tra se una stella ha una massa abbastanza grande da subire un'esplosione di supernova per formare una stella di neutroni, o ha una massa più piccola per formare una stella nana bianca senza diventare una supernova.
Una stella da otto a dieci masse solari forma comunemente un nucleo composto da ossigeno, magnesio e neon (figura 1). Il nucleo è ricco di elettroni degeneri, il che significa che c'è un'abbondanza di elettroni in uno spazio denso con un'energia sufficientemente alta da sostenere il nucleo contro la gravità. Una volta che la densità del nucleo è sufficientemente alta, gli elettroni vengono consumati dal magnesio e poi dal neon, che si trovano anche all'interno del nucleo. Studi precedenti hanno confermato che magnesio e neon possono iniziare a divorare gli elettroni una volta che la massa del nucleo è cresciuta vicino alla massa limite di Chandrasekhar, un processo chiamato cattura di elettroni, ma c'è stato un dibattito sul fatto che la cattura di elettroni possa causare la formazione di stelle di neutroni. Un team multi-istituzionale di ricercatori ha studiato l'evoluzione di una stella di massa solare 8,4 e ha eseguito simulazioni al computer su di essa per trovare una risposta.
Figura 2:(a) Il nucleo di una stella contiene ossigeno, neon, e magnesio. Una volta che la densità del nucleo diventa sufficientemente alta, (b) il magnesio e il neon iniziano a consumare elettroni e ad indurre un collasso. (c) Quindi la combustione dell'ossigeno viene accesa e produce nuclei del gruppo di ferro e protoni liberi, che mangiano sempre più elettroni per favorire un ulteriore collasso del nucleo. (d) Infine, il nucleo che collassa diventa una stella di neutroni al centro, e lo strato esterno esplode per produrre una supernova. Credito:Zha et al
Utilizzando i dati recentemente aggiornati da Suzuki per i tassi di cattura degli elettroni dipendenti dalla densità e dalla temperatura, simulavano l'evoluzione del nucleo della stella, che è sostenuto dalla pressione degli elettroni degeneri contro la gravità stessa della stella. Poiché il magnesio e principalmente il neon mangiano gli elettroni, il numero di elettroni è diminuito e il nucleo si è rapidamente ridotto (Figura 2).
La cattura degli elettroni rilasciava anche calore. Quando la densità centrale del nucleo supera i 10 10 g/cm 3 , l'ossigeno nel nucleo ha iniziato a bruciare materiali nella regione centrale del nucleo, trasformandoli in nuclei di ferro come ferro e nichel. La temperatura è diventata così calda che i protoni si sono liberati e sono fuggiti. Quindi gli elettroni divennero più facili da catturare da protoni liberi e nuclei del gruppo di ferro, e la densità era così alta che il nucleo è collassato senza produrre un'esplosione termonucleare.
Con i nuovi tassi di cattura degli elettroni, la combustione dell'ossigeno è risultata essere leggermente decentrata. Tuttavia, il collasso formò una stella di neutroni e causò un'esplosione di supernova, dimostrando che può verificarsi una supernova a cattura di elettroni.
Figura 3:La Nebulosa del Granchio, un residuo della supernova del 1054 (SN 1054; osservato da antichi astronomi in Cina, Giappone e arabo). Nomoto et al. (1982) hanno suggerito che SN 1054 potrebbe essere causato dalla supernova a cattura di elettroni di una stella con una massa iniziale di circa nove volte quella del sole. Credito:NASA, ESA, J. De Pasquale (STScI), e R. Hurt (Caltech/IPAC)
Un certo intervallo di massa di stelle con 8-10 masse solari formerebbe nane bianche composte da ossigeno-magnesio-neon a causa della perdita di inviluppo dovuta alla perdita di massa del vento stellare. Se la perdita di massa del vento è piccola, d'altra parte, la stella subisce la supernova a cattura di elettroni, come trovato nella loro simulazione.
Il team suggerisce che la supernova a cattura di elettroni potrebbe spiegare le proprietà della supernova registrata nel 1054 che ha formato la Nebulosa del Granchio, come proposto da Nomoto et al. nel 1982 (Figura 3).
Questi risultati sono stati pubblicati in Il Giornale Astrofisico il 15 novembre 2019.
