supernova a cattura elettronica
Nebulosa del Granchio. Ph. Credit: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University) - HubbleSite gallery, release via Wikipedia

Il nostro Universo, con la sua immensità, continua a stupirci e a svelare nuove caratteristiche sino ad ora mai scoperte o solo ipotizzate. Recentemente è stato infatti osservato un nuovo tipo di esplosione stellare. Un tipo particolare di supernova che potrebbe essere la spiegazione per un evento astronomico riportato nelle cronache medioevali.

L’esistenza di questo suggestivo tipo di supernova è stata ipotizzata per oltre quarant’anni ed ora uno studio pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, realizzato dai ricercatori dell’Università di Tokyo guidati da Ken’ichi Nomoto e dalla squadra dell’Università della California sotto la guida di Andrew Howell, sembra dimostrare ciò che proprio lo stesso Nomoto aveva ipotizzato negli anni ’80.

 

La supernova: morte spettacolare di una stella

Sappiamo che una supernova è lo spettacolare atto conclusivo della vita di una stella di grandi dimensioni. Un esplosione cosmica di grande potenza che si verifica quando la stella esaurisce il combustibile nel suo nucleo.

Quando ciò avviene, i processi di fusione nucleare diventano insufficienti a compensare la forza di gravità ed il nucleo interno della stella collassa, causando la violenta espulsione degli strati superficiali e innescando quindi una supernova, un’esplosione in grado di emettere radiazioni che possono superare quelle della galassia che la ospita, rendendola dunque particolarmente luminosa.

Questo tipo di supernova, denominata di tipo II, si lascia alle spalle una stella di neutroni oppure un buco nero. Nelle supernove di tipo I, invece l’esplosione è dovuta all’assorbimento, da parte di una nana bianca che si trova in un sistema binario con un’altra stella. La nana bianca assorbe massa dall’altra stella del sistema sino ad arrivare ad un collasso gravitazionale che innesca l’esplosione.

 

Per un esplosione stellare particolare, serve una stella particolare

Ma ora questa nuova ricerca potrebbe aggiungere alla lista un nuovo tipo di supernova, definita a cattura elettronica. Questa tipologia di esplosione stellare ha origine da stelle di massa compresa tra le otto e le dieci masse solari, con un nucleo ricco di magnesio, ossigeno e neon.

Si tratta di stelle che appartengono al ramo asintotico delle giganti rosse (in inglese Asymptotic Giant Branch – AGB), ovvero una regione del diagramma H-R popolata da giganti rosse. Sono stelle evolute, luminose e fredde. Hanno massa piccola e intermedia (tra 0,6 e 10 masse solari) e sono ormai giunte ad uno stadio avanzato della loro evoluzione.

In particolare la supernova a cattura elettronica appartiene a stelle super-AGB (o SAGB). Sono delle stelle AGB più massicce che presentano proprietà interessanti, tanto da essere classificate a parte come stelle SAGB. Hanno masse iniziali comprese fra 8-10 masse solari. Le stelle SAGB sono oggetti molto luminosi, con superfici stellari fredde, spesso quasi indistinguibili dalle poco più massicce supergiganti rosse, aspetto questo che complica notevolmente il loro studio.

 

Supernova a cattura elettronica

Le stelle SAGB possono terminare la loro vita in una supernova a cattura elettronica. In queste stelle il nucleo degenere di ossigeno, neon e magnesio è sostenuto dalla pressione degli elettroni degeneri e questo equilibrio impedisce alla stella di collassare. Ma a densità sufficientemente alte (4×1012 kg/m³), i protoni degli atomi di magnesio catturano un elettrone, trasformandosi in neutroni ed emettendo un neutrino. Questo produce una diminuzione della pressione degli elettroni degeneri che non sono più in grado di fermare il collasso del nucleo. Una volta collassato il nucleo, l’esplosione in supernova è inevitabile.

Questo particolare tipo di supernova dunque, nasce dal fatto che le SAGB non sono abbastanza leggere da evitare il collasso del suo nucleo, né abbastanza pesanti da riuscire a prolungare la loro esistenza.

Il nuovo studio dunque sembra dimostrare l’esistenza di questo tipo di supernova. Si tratta di un’esplosione stellare, denominata Sn 2018zd, e avvistata dai telescopi dell’osservatorio di Las Cumbres nel 2018, nei pressi della galassia Ngc 2146, a circa 31 milioni di anni luce dalla Terra.

Le immagini sono state confrontate con quelle scattate dal telescopio spaziale Hubble prima dell’esplosione della supernova. Grazie ad Hubble dunque è stato possibile individuare la stella che potrebbe aver dato origine alla supernova: una stella recentemente osservata nella nostra Galassia e le cui caratteristiche corrispondono a quelle di una SAGB.

Una supernova a cattura elettronica e la sua stella progenitrice, possiedono delle caratteristiche che le rendono individuabili. Le stelle SAGB dovrebbero perdere molta massa prima di esplodere e questa si disperderebbe nello spazio circostante e avrebbe una composizione chimica riconoscibile. Inoltre, data la perdita di massa della stella, la supernova a cui darebbe vita risulterebbe più debole rispetto altre altre tipologie, con una limitata radioattività ed elementi ricchi di neutroni nel nucleo.

Questo potrebbe confermare che Sn 2018zd sia effettivamente una supernova a cattura elettronica. Essa infatti presenta tutte e sei le caratteristiche di questo tipo di esplosione stellare: una SAGB come stella progenitrice; una cospicua perdita di massa prima della supernova; una composizione chimica della stella atipica; un’esplosione debole; un nucleo ricco di neutroni e una bassa radioattività.

 

A dare origine alla Nebulosa del Granchio nel medioevo potrebbe essere stato un evento di questo tipo

L’osservazione diretta di questa supernova, potrebbe finalmente risolvere il mistero dell’evento cosmico che ebbe luogo nel 1054 d.C. Le cronache dell’epoca, redatte da astronomi cinesi e giapponesi, raccontano della comparsa di un oggetto con una luminosità talmente intensa da rimanere visibile di giorno per 23 giorni di seguito e di notte per quasi due anni.

In seguito si scopri che si trattava di una supernova esplosa nella via Lattea rimanendo dai cui resti nacque la Nebulosa del Granchio, distante circa 6.000 anni luce dalla Terra e uno dei resti di supernova più studiati al giorno d’oggi.

Sdecondo i ricercatori dunque, la supernova a cattura elettronica recentemente osservata, presenta delle caratteristiche simili a quella che illuminò i cieli nel 1054. Come racconta infatti Howell, Sn 2018zd “ci sta aiutando a decodificare testimonianze millenarie lasciate da civiltà di tutto il mondo. E ci sta aiutando ad associare un fenomeno che non comprendiamo appieno, la Nebulosa del Granchio, con un altro di cui abbiamo un’incredibile documentazione, questa supernova appunto”.

Finora ad oggi l’unica incerta candidata per una supernova a cattura elettronica era proprio quella medioevale, ma ora con i risultati pubblicati nel nuovo studio, si rafforza l’ipotesi che i due eventi appartengano alla stessa categoria.

Ph. Credit: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University) – HubbleSite gallery, release via Wikipedia