La comprensione dei fenomeni che seguono il collasso del nucleo di una stella massiccia rappresenta uno degli obiettivi più importanti dell’astrofisica moderna. Questi processi, infatti, rivestono un ruolo fondamentale nella distribuzione del materiale arricchito chimicamente presente nella stella progenitrice, che viene disperso nell’universo a seguito dell’esplosione della supernova. Si tratta però di un campo di ricerca complesso, non solo per la rarità delle supernove da collasso del nucleo in prossimità della Terra, ma anche perché non esistono strumenti diagnostici che consentano di osservare direttamente l’interno delle stelle massicce.
Un’immagine ai raggi X di Cassiopeia A, con evidenziati i tre getti analizzati n ello studio di V. Sapienza et al. Crediti: EsaSky
Lo studio dei resti di supernova può fornire indizi preziosi, in particolare attraverso l’analisi delle asimmetrie morfologiche, dinamiche e chimiche del materiale espulso. Alcuni resti mostrano, ad esempio, evidenti getti di materiale arricchito da elementi sintetizzati negli strati interni della stella. Si ritiene che questi getti collimati vengano generati e accelerati a grande velocità come conseguenza di complessi processi fisici negli strati più profondi delle stelle progenitrici. Poiché si muovono più rapidamente degli altri frammenti stellari espulsi dalla supernova (gli ejecta), i getti trascinano con sé elementi prodotti negli strati interni trasportandoli fino alle regioni più esterne dei resti di supernova.
Il resto di supernova Cassiopeia A (Cas A), situato a circa 11mila anni luce di distanza e con un’età di appena 350 anni, è noto per la sua struttura altamente asimmetrica e per la presenza di vistosi getti. Un team di ricercatori guidato dall’astrofisico Vincenzo Sapienza (Istituto nazionale di astrofisica e Università di Palermo) ha analizzato una lunga osservazione ai raggi X di Cas A, della durata complessiva di quasi 280 ore, ottenuta con il satellite Chandra della Nasa. Lo studio si è concentrato su tre getti visibili nella porzione nord-orientale del resto di supernova. L’analisi ha permesso di misurare abbondanze elevate di cromo, oltre a quelle di altri elementi quali argon, zolfo e silicio.
Interpretati alla luce di modelli della struttura interna delle stelle massicce, i risultati suggeriscono che i tre getti siano stati espulsi da regioni molto profonde della stella, in particolare dallo strato in cui avvenivano reazioni termonucleari che consumavano silicio, in prossimità del nucleo. I dati indicano inoltre che questi strati siano stati sottoposti a processi che hanno prodotto un rapido mescolamento degli elementi chimici sintetizzati nei diversi strati.
Vincenzo Sapienza (Inaf Oa Palermo e Università di Palermo). Crediti: M. Guarcello/Inaf Oa Palermo
«I resti di supernova sono tra gli oggetti celesti che più influiscono nell’arricchimento chimico della nostra galassia», spiega Sapienza a Media Inaf. «Tuttavia, molti meccanismi relativi all’esplosione, come la natura di alcune asimmetrie prodotta da questi eventi, non sono ancora ben compresi. Analizzando il getto a nord-est di Cassiopea A con osservazioni Chandra abbiamo rilevato la più alta abbondanza relativa di cromo rispetto al ferro mai osservata in questo resto, un risultato senza precedenti».
«Le analisi delle abbondanze chimiche del materiale studiato», continua Sapienza, «confrontate con i modelli di nucleosintesi attuali, indicano che proviene da strati profondi della stella, al confine tra combustione completa e incompleta del silicio. Abbiamo scoperto che il mixing tra zone diverse è necessario per spiegare la composizione delle tre “dita” del getto, che presentano significative differenze chimiche e fisiche. In particolare, la più meridionale ha origine più periferica e si muove verso l’osservatore, con un’inclinazione di 16°, a differenza delle altre due quasi nel piano del cielo».
«Complessivamente, i nostri risultati supportano uno scenario in cui il getto nord-est di Cassiopea A convoglia materiale proveniente da profondi strati esplosivi, con evidenze di un forte mixing interno e di un’asimmetria direzionale. La nostra rilevazione di strutture ricche di cromo e povere di ferro», conclude Sapienza, «fornisce vincoli cruciali ai modelli di esplosione che mirano a riprodurre la complessa geometria e composizione dei resti di supernova».
Per saperne di più:
- Leggi su arXiv l’articolo in uscita su The Astrophysical Journal Letters “Extreme anisotropies in deep layers of an exploding star: overabundance of Cr in the northeastern jet of Cassiopeia A”, di Vincenzo Sapienza, Marco Miceli, Masaomi Ono, Shigehiro Nagataki, Takashi Yoshida, Emanuele Greco, Salvatore Orlando e Fabrizio Bocchino