Gli scienziati hanno trovato frammenti di titanio esplosi da una famosa supernova. Questa scoperta, realizzato con l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, potrebbe essere un passo importante nell'individuare esattamente come esplodono alcune stelle giganti.

Questo lavoro si basa sulle osservazioni di Chandra dei resti di una supernova chiamata Cassiopeia A (Cas A), situato nella nostra galassia circa 11, 000 anni luce dalla Terra. Questo è uno dei più giovani resti di supernova conosciuti, con un'età di circa 350 anni.

Per anni, gli scienziati hanno faticato a capire come le stelle massicce, quelle con masse superiori a circa 10 volte quella del Sole, esplodano quando esauriscono il carburante. Questo risultato fornisce un nuovo inestimabile indizio.

"Gli scienziati pensano che la maggior parte del titanio che viene utilizzato nella nostra vita quotidiana, come nell'elettronica o nella gioielleria, sia prodotto dall'esplosione di una stella massiccia, " ha detto Toshiki Sato della Rikkyo University in Giappone, che ha condotto lo studio che appare sulla rivista Natura . "Però, fino ad ora gli scienziati non sono mai stati in grado di catturare il momento subito dopo la creazione del titanio stabile".

Quando la fonte di energia nucleare di una stella massiccia si esaurisce, il centro collassa per gravità e forma un nucleo stellare denso chiamato stella di neutroni o, meno spesso, un buco nero. Quando viene creata una stella di neutroni, l'interno della stella massiccia in collasso rimbalza sulla superficie del nucleo stellare, invertire l'implosione.

Il calore di questo evento catastrofico produce un'onda d'urto, simile a un boom sonico di un jet supersonico, che corre verso l'esterno attraverso il resto della stella condannata, producendo nuovi elementi mediante reazioni nucleari man mano che procede. Però, in molti modelli di computer di questo processo, l'energia viene rapidamente persa e il viaggio dell'onda d'urto verso l'esterno si ferma, prevenire l'esplosione di una supernova.

Recenti simulazioni tridimensionali al computer suggeriscono che i neutrini, particelle subatomiche di massa molto bassa, prodotti nella creazione della stella di neutroni svolgono un ruolo cruciale nel guidare le bolle che si allontanano dalla stella di neutroni. Queste bolle continuano a spingere in avanti l'onda d'urto per innescare l'esplosione della supernova.

Con il nuovo studio di Cas A, il team ha scoperto prove potenti per una tale esplosione guidata da neutrini. Nei dati di Chandra hanno scoperto che le strutture a forma di dito che puntano lontano dal luogo dell'esplosione contengono titanio e cromo, in coincidenza con detriti di ferro precedentemente rilevati con Chandra. Le condizioni richieste per la creazione di questi elementi nelle reazioni nucleari, come la temperatura e la densità, corrispondono a quelli delle bolle nelle simulazioni che guidano le esplosioni.

Il titanio che è stato trovato da Chandra in Cas A e che è previsto da queste simulazioni è un isotopo stabile dell'elemento, il che significa che il numero di neutroni contenuti nei suoi atomi implica che non cambia per radioattività in un diverso, elemento più leggero. In precedenza gli astronomi avevano utilizzato il telescopio NuSTAR della NASA per scoprire un isotopo instabile del titanio in diverse località di Cas A. Ogni 60 anni circa la metà di questo isotopo di titanio si trasforma in scandio e poi in calcio.

"Non abbiamo mai visto prima questa firma di bolle di titanio in un residuo di supernova, un risultato possibile solo con le immagini incredibilmente nitide di Chandra, " ha affermato il coautore Keiichi Maeda dell'Università di Kyoto in Giappone. "Il nostro risultato è un passo importante nella risoluzione del problema di come queste stelle esplodano come supernova".

"Quando è avvenuta la supernova, frammenti di titanio sono stati prodotti in profondità all'interno della stella massiccia. I frammenti penetrarono la superficie della stella massiccia, formando il bordo del resto di supernova Cas A, ", ha affermato il coautore Shigehiro Nagataki del RIKEN Cluster for Pioneering Research in Giappone.

Questi risultati supportano fortemente l'idea di un'esplosione guidata da neutrini per spiegare almeno alcune supernove.

"La nostra ricerca potrebbe essere il risultato osservativo più importante che sonda il ruolo dei neutrini nell'esplosione di stelle massicce dal rilevamento dei neutrini dalla Supernova 1987A, ", ha affermato il coautore Takashi Yoshida dell'Università di Kyoto in Giappone.

Gli astronomi hanno impiegato oltre un milione e mezzo di secondi, o oltre 18 giorni, di Chandra osservando il tempo da Cas A preso tra il 2000 e il 2018. La quantità di titanio stabile prodotta in Cas A supera la massa totale della Terra.

Questi risultati sono stati pubblicati il ​​22 aprile numero 2021 di Natura . Oltre a Sato, Maeda, Nagataki e Yoshida, gli autori dell'articolo sono Brian Grefenstette (California Institute of Technology di Pasadena, California), Brian J. Williams (NASA Goddard Space Flight Center a Greenbelt, Maryland), Hideyuki Umeda (Università di Tokyo in Giappone), Masaomi Ono (Riken Cluster for Pioneering Research in Japan), e Jack Hughes (Rutgers University di Piscataway, New Jersey).

Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla la scienza da Cambridge nel Massachusetts e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts.