Le stelle più pesanti potrebbero non esplodere come supernova, ma semplicemente implodere silenziosamente nei buchi neri
Una supernova è la fine brillante di una stella gigante. Per un breve istante di tempo cosmico, una stella fa un ultimo sforzo per continuare a brillare, solo per svanire e crollare su se stessa. Il risultato finale è una stella di neutroni o un buco nero di massa stellare. Generalmente abbiamo pensato che tutte le stelle al di sopra di una decina di masse solari finiranno come una supernova, ma un nuovo studio suggerisce che non è così.
A differenza delle famose supernovae di tipo Ia, che possono essere causate dalla fusione o dall'interazione di due stelle, le stelle di grandi dimensioni subiscono quella che è nota come supernova con collasso del nucleo. Le stelle sopravvivono attraverso un equilibrio di calore e pressione contro la gravità. Man mano che più elementi vengono fusi, una stella grande deve generare calore fondendo elementi sempre più pesanti. Alla fine, questo forma uno strato di regioni in cui sono fusi diversi elementi. Ma quella catena può essere portata solo fino al ferro. Dopodiché, la fusione di elementi più pesanti ti costa energia anziché rilasciarla. Quindi, il nucleo collassa, creando un'onda d'urto che fa a pezzi la stella.
Il modello a buccia di cipolla di una stella morente, non in scala. Credito: R. J. Hall
Nei modelli di grandi stelle morenti, le supernove con collasso del nucleo si verificano per stelle sopra 9-10 masse solari, fino a circa 40-50 masse solari. Al di sopra di quella massa, le stelle sono così massicce che probabilmente collassare direttamente in un buco nero, senza diventare una supernova. Stelle estremamente massicce, dell'ordine di 150 masse solari o più, potrebbero esplodere come un'ipernova. Queste bestie non esplodono a causa di un collasso del nucleo, ma piuttosto un effetto noto come instabilità di coppia, in cui i fotoni in collisione creati nel nucleo creare coppie di elettroni e positroni.
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 di ferro rispetto all'ossigeno e il rapporto 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.
Un'immagine di Hubble in collisione con le galassie conosciute come Arp 299. Crediti: NASA, ESA, Hubble Heritage Collaboration e A. Evans
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, i modelli e le 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 supernova producano livelli più elevati di neon e magnesio rispetto a quanto previsto dai modelli. Ad ogni modo, è chiaro che abbiamo ancora molto da imparare sugli ultimi sussulti morenti delle grandi stelle.
Riferimento:Mao, Junjie e altri'. Abbondanza elementale dell'atmosfera calda della galassia a infrarossi luminosi Arp 299 . 'Le lettere del diario di astrofisica918.1 (2021): L17.