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    Le stelle più pesanti potrebbero non esplodere come supernova, semplicemente implodere silenziosamente nei buchi neri

    Un'immagine di Hubble che fa collidere le galassie conosciuta come Arp 299. Credito:NASA, ESA, la collaborazione Hubble Heritage, e A. Evans

    Una supernova è la fine brillante di una stella gigante. Per un breve momento di tempo cosmico, una stella fa un ultimo sforzo per continuare a brillare, solo per sbiadire e crollare su se stesso. Il risultato finale è una stella di neutroni o un buco nero di massa stellare. Abbiamo generalmente pensato che tutte le stelle al di sopra di circa 10 masse solari finiranno come una supernova, ma un nuovo studio suggerisce che non è così.

    A differenza delle famose supernove di tipo Ia, che può essere causato dalla fusione o dall'interazione di due stelle, le grandi stelle subiscono quella che è nota come supernova a collasso del nucleo. Le stelle sopravvivono attraverso un equilibrio di calore e pressione contro la gravità. Man mano che più elementi vengono fusi, una grande stella deve generare calore fondendo elementi sempre più pesanti. Infine, questo forma uno strato di regioni in cui sono fusi diversi elementi. Ma quella catena può essere portata solo fino al ferro. Dopo di che, la fusione di elementi più pesanti ti costa energia invece di rilasciarla. Così, il nucleo crolla, creando un'onda d'urto che fa a pezzi la stella.

    Nei modelli di grandi stelle morenti, le supernove con collasso del nucleo si verificano per le stelle al di sopra di 9-10 masse solari, fino a circa 40-50 masse solari. Al di sopra di quella massa, le stelle sono così massicce che probabilmente collassano direttamente in un buco nero, senza diventare una supernova. Stelle estremamente massicce, dell'ordine di 150 masse solari o più, potrebbe esplodere come un'ipernova. Queste bestie non esplodono a causa di un collasso del nucleo, ma piuttosto un effetto noto come instabilità di coppia, dove i fotoni in collisione creati nel nucleo creano coppie di elettroni e positroni.

    Il modello a buccia di cipolla di una stella morente, non in scala. Credito:R. J. Hall

    Questo nuovo studio suggerisce che il limite di massa superiore per le supernove con collasso del nucleo potrebbe essere molto più basso di quanto pensassimo. Il team ha esaminato le abbondanze elementali di una coppia di galassie in collisione note come Arp 299. Poiché le galassie sono in fase di collisione, la regione è un focolaio di supernovae. Di conseguenza, le abbondanze elementali di Arp 299 dovrebbero dipendere in gran parte dagli elementi rilasciati nelle esplosioni di supernova. Hanno misurato il rapporto di abbondanza tra ferro e ossigeno, e i rapporti di neon e magnesio rispetto all'ossigeno. Hanno scoperto che i rapporti Ne/O e Mg/O erano simili a quelli del sole, mentre il rapporto Fe/O era molto più basso dei livelli solari. Il ferro viene lanciato nell'universo in modo più efficiente dalle grandi supernove.

    I rapporti osservati dal team non corrispondevano ai modelli standard di collasso del nucleo, ma hanno scoperto che i dati corrispondevano bene ai modelli di supernova se si escludeva qualsiasi supernova su circa 23-27 masse solari. In altre parole, se le stelle collassano in buchi neri al di sopra di circa 27 masse solari, allora modelli e osservazioni concordano.

    Questo lavoro non dimostra in modo definitivo che il limite di massa superiore per le supernove sia più piccolo di quanto pensassimo. È anche possibile che le supernove producano livelli più elevati di neon e magnesio rispetto a quanto previsto dai modelli. In entrambi i casi, è chiaro che abbiamo ancora molto da imparare sugli ultimi sussulti morenti delle grandi stelle.


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