Un'immagine al microscopio elettronico di una supernova di carburo di silicio delle dimensioni di un micron, SiC, granello di polvere di stelle (in basso a destra) estratto da un meteorite primitivo. Tali grani hanno avuto origine più di 4,6 miliardi di anni fa nelle ceneri delle supernove di tipo II, esemplificato qui (in alto a sinistra) da un'immagine del telescopio spaziale Hubble della Nebulosa del Granchio, il residuo di un'esplosione di supernova nel 1054. L'analisi di laboratorio di questi minuscoli granelli di polvere fornisce informazioni uniche su queste massicce esplosioni stellari. (1 μm è un milionesimo di metro.) Credito:Crediti immagine:NASA e Larry Nittler.
La polvere è ovunque, non solo in soffitta o sotto il letto, ma anche nello spazio. Per gli astronomi, la polvere può essere una seccatura bloccando la luce delle stelle lontane, oppure può essere uno strumento per studiare la storia del nostro universo, galassia, e Sistema Solare.
Per esempio, gli astronomi hanno cercato di spiegare perché alcuni distanti, scoperti di recente, ma giovane, le galassie contengono enormi quantità di polvere. Queste osservazioni indicano che le supernove di tipo II - esplosioni di stelle più di dieci volte più massicce del Sole - producono abbondanti quantità di polvere, ma come e quando lo fanno non è ben compreso.
Nuovo lavoro di un team di cosmochimici Carnegie pubblicato da Progressi scientifici riporta analisi di granelli di polvere ricchi di carbonio estratti da meteoriti che mostrano che questi granelli si sono formati nei flussi in uscita da una o più supernove di tipo II più di due anni dopo l'esplosione delle stelle progenitrici. Questa polvere è stata poi soffiata nello spazio per essere infine incorporata in nuovi sistemi stellari, compreso in questo caso il nostro.
I ricercatori, guidati dalla ricercatrice post-dottorato Nan Liu, insieme a Larry Nittler, Conel Alexander, e Jianhua Wang del Dipartimento di magnetismo terrestre di Carnegie, sono giunti alla loro conclusione non studiando le supernove con i telescopi. Piuttosto, hanno analizzato microscopico carburo di silicio, SiC, granelli di polvere che si sono formati nelle supernove più di 4,6 miliardi di anni fa e sono stati intrappolati nei meteoriti quando il nostro Sistema Solare si è formato dalle ceneri delle precedenti generazioni di stelle della galassia.
Alcuni meteoriti sono noti da decenni per contenere una registrazione degli elementi costitutivi originali del Sistema Solare, compresi i grani di polvere di stelle che si sono formati nelle precedenti generazioni di stelle.
"Poiché questi grani presolari sono letteralmente polvere di stelle che possono essere studiati in dettaglio in laboratorio, " ha spiegato Nittler, "sono eccellenti sonde di una serie di processi astrofisici".
Per questo studio, il team ha deciso di studiare i tempi della formazione della polvere di supernova misurando gli isotopi, versioni di elementi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni, in rari grani di carburo di silicio presolari con composizioni che indicano che si sono formati nelle supernove di tipo II.
Alcuni isotopi consentono agli scienziati di stabilire un lasso di tempo per gli eventi cosmici perché sono radioattivi. In questi casi, il numero di neutroni presenti nell'isotopo lo rende instabile. Per ottenere stabilità, rilascia particelle energetiche in modo tale da alterare il numero di protoni e neutroni, trasformandolo in un elemento diverso.
Il team di Carnegie si è concentrato su un raro isotopo del titanio, titanio-49, perché questo isotopo è il prodotto del decadimento radioattivo del vanadio-49 che viene prodotto durante le esplosioni di supernova e si trasmuta in titanio-49 con un'emivita di 330 giorni. La quantità di titanio-49 che viene incorporata in un granello di polvere di supernova dipende quindi da quando il granello si forma dopo l'esplosione.
Utilizzando uno spettrometro di massa all'avanguardia per misurare gli isotopi di titanio nei grani di SiC di supernova con una precisione molto migliore di quella che potrebbe essere ottenuta da studi precedenti, il team ha scoperto che i grani devono essersi formati almeno due anni dopo l'esplosione delle loro massicce stelle madri.
Poiché i grani di grafite di supernova presolari sono isotopicamente simili in molti modi ai grani di SiC, il team sostiene anche che i tempi di formazione ritardata si applicano generalmente alla polvere di supernova ricca di carbonio, in linea con alcuni recenti calcoli teorici.
"Questo processo di formazione della polvere può avvenire ininterrottamente per anni, con la polvere che si accumula lentamente nel tempo, che si allinea con le osservazioni astronomiche di quantità variabili di polvere che circondano i siti di esplosioni stellari, " ha aggiunto l'autore principale Liu. "Man mano che apprendiamo di più sulle fonti di polvere, possiamo acquisire ulteriori conoscenze sulla storia dell'universo e su come si evolvono i vari oggetti stellari al suo interno".
