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Scoperta una supernova di tipo III – la prima osservazione di una supernova che cattura gli elettroni chiarisce anche l’origine della Nebulosa del Granchio

È stato dimostrato 40 anni dopo: gli astronomi hanno notato per la prima volta una supernova che cattura un elettrone – un terzo, finora era solo teoricamente previsto il tipo di starburst. Una stella collassa perché la sua gravità massiccia spinge gli elettroni al suo interno nel nucleo di un atomo. Questo tipo di supernova potrebbe anche spiegare come si è formata la famosa Nebulosa del Granchio, i resti di un’esplosione stellare che era visibile nel cielo anche durante il giorno nel 1054.

Ci sono due tipi principali di esplosioni stellari conosciuti fino ad oggi. Stelle massicce con una massa di più di dieci masse solari esplodono alla fine del loro ciclo di vita in quello che viene chiamato Collasso del nucleo di supernova. La pressione di radiazione della fusione nucleare decrescente non è più sufficiente per compensare l’enorme forza gravitazionale e il nucleo collassa e si verifica un’esplosione. un Supernova di tipo I D’altra parte nei sistemi di stelle binarie nane bianche. I resti di una stella fino a otto masse solari assorbono materiale dalla compagna fino a quando non viene superato un limite e la nana bianca esplode.

Il nucleo della stella Super AGB è composto principalmente da ossigeno, neon e magnesio. Gli elettroni di questi elementi vengono spinti nel nucleo di un atomo dalla pressione. © S. Wilkinson / Osservatorio Las Cumbres

Cosa succede alle stelle nel mezzo?

Tuttavia, non è ancora chiaro cosa accada alle stelle le cui masse sono esattamente comprese tra le otto e le dieci masse solari. Queste stelle sono troppo pesanti per diventare nane bianche, ma non abbastanza pesanti da permettere alla fusione nucleare di continuare fino alla formazione di atomi di ferro, come nel caso delle stelle a collasso nucleare. A questo punto è emersa la forma della supernova ipotizzata dall’astrofisico giapponese Kenichi Nomoto circa 40 anni fa: una supernova che cattura l’elettricità.

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Secondo questa teoria, tali esplosioni stellari si verificano con le cosiddette stelle Super AGB – giganti rosse il cui nucleo è costituito principalmente da ossigeno, neon e magnesio. Poiché la fusione nucleare si ferma a questo punto, la pressione interna aumenta così tanto che gli elettroni vengono compressi nel nucleo dell’atomo. Questo processo, noto come cattura di elettroni, rende il nucleo instabile ed esplode in una supernova. Wow la teoria. Ad oggi, tuttavia, non ci sono prove di prove osservative per questo tipo di supernova.

Tutte le caratteristiche del tanto atteso tipo di supernova

Ora le cose sono cambiate: per la prima volta, gli astronomi hanno rilevato una tale supernova che cattura gli elettroni nello spazio. Nel marzo 2018, i primi telescopi hanno registrato un’esplosione nella regione esterna di una galassia distante 31 milioni di anni luce. Successivamente, diversi altri osservatori a terra e in orbita hanno seguito l’ulteriore sviluppo della Supernova 2018zd per un periodo di due anni.

Un team guidato da Daiichi Hiramatsu dell’Osservatorio Las Cumbres in California ha valutato questi dati e ha scoperto diverse distorsioni. Questi includono perdite di massa significative anche prima dell’effettiva supernova, una composizione insolita dello spettro luminoso, un’esplosione relativamente debole, nonché pochi processi radioattivi e un nucleo ricco di neutroni. “Tutte queste proprietà di SN 2018zd possono essere spiegate da una supernova che cattura gli elettroni”, afferma Hiramatsu.

Inoltre, il team di astronomi è stato in grado di trovare immagini dell’ex stella confrontandole con vecchie immagini dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer. Questi risultati indicano che l’ex stella è in realtà una superstar AGB, una gigante rossa con un nucleo di ossigeno neon atipico.

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L'”anello mancante” degli starburst

Secondo il team di ricerca, tutto ciò indica che la supernova 2018zd è il terzo tipo di starburst tanto atteso. “Quello è stato un vero momento ‘Eureka’ per noi, che ora possiamo aiutare a confermare una teoria vecchia di 40 anni”, afferma Hiramatsu. Le osservazioni mostrano per la prima volta che questo tipo di esplosione, che è stato a lungo ipotizzato, esiste effettivamente nelle stelle, colmando così il divario tra il collasso del nucleo e una supernova di tipo Ia.

“Sono molto felice di scoprire una supernova che cattura finalmente un elettrone”, ha commentato il fondatore della teoria, Kenichi Nomoto. “Questo è un ottimo esempio di come teoria e osservazione siano integrate”.

Nebulosa del Granchio
La Nebulosa del Granchio è uno dei resti di supernova più famosi e fotografati. © NASA/ESA, NRAO/AUI/NSF e G.Dubner/Università di Buenos Aires

Spiegaci anche la Nebulosa del Granchio

Le note evidenziano anche la famosa foto famous Nebulosa del Granchio – I resti luminosi di una supernova visibile nel cielo nel Medioevo. Questa struttura di gas incandescente, a circa 6.300 anni luce di distanza, è stata creata dall’esplosione di una stella nell’anno 1054. Secondo i registri degli astronomi cinesi, questa supernova può essere vista nel cielo per 23 giorni durante il giorno.

Ma sebbene questo residuo di supernova sia uno dei migliori mai studiati, il tipo di esplosione stellare che l’ha causato è stato dibattuto. Tuttavia, le conoscenze acquisite dalla supernova 2018zd stanno ora aiutando a mappare alcune caratteristiche precedentemente difficili da spiegare della Nebulosa del Granchio e suggeriscono che sia stata creata anche da una supernova che cattura gli elettroni.

“Il termine ‘Rosetta Stone’ è spesso usato come analogia, ma in questo caso è davvero appropriato”, afferma il coautore Andrew Howell dell’Osservatorio Las Cumbres. “Perché Supernova 2018zd ora ci aiuta a decifrare i record di tutto il mondo che risalgono a migliaia di anni. E ci aiuta a collegare un fenomeno che prima non comprendevamo, la Nebulosa del Granchio, con un evento ben documentato come questa supernova. (Astronomia della natura, doi: 10.1038/s41550-021-01384-2)

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Coyle: Las Cumbres International Telescope, Università della California – Davis