Si trova a circa 11mila anni luce di distanza dalla Terra, nella costellazione di Cassiopea, e si presenta come un insieme di veli intricati che circondano un ‘cuore’ luminoso: si tratta di Cassiopeia A (in breve Cas A), un celebre resto di supernova che è spesso sotto la lente degli studiosi.
Questa volta Cas A è protagonista di un nuovo studio, coordinato dal Dipartimento di Fisica dell’Università Rikkyo di Tokyo e pubblicato su Nature (articolo: “High-entropy ejecta plumes in Cassiopeia A from neutrino-driven convection”). La ricerca si è basata sui dati dell’osservatorio a raggi X Chandra della Nasa; grazie alla sensibilità dei suoi strumenti, gli scienziati hanno potuto individuare frammenti di titanio nelle ‘bolle’ derivanti dall’esplosione stellare.
La scoperta, secondo gli autori del saggio, aggiunge un nuovo tassello alla conoscenza dei meccanismi sottesi allo scenografico e drammatico finale di molte stelle massicce, vale a dire dotate di una massa pari a 10 volte quella del Sole: prima d’ora, infatti, non era stato possibile cogliere il momento immediatamente successivo alla formazione del titanio stabile. Per l’indagine, sono stati impiegati i dati di 18 giorni complessivi di osservazioni di Chandra, condotte in un arco di tempo compreso tra 2000 e 2018.
Quando un astro massiccio giunge all’epilogo, il suo ‘cuore’ collassa sotto la forza di gravità e forma una stella di neutroni, o più raramente, un buco nero. Il calore che deriva dalla formazione della stella di neutroni produce un’onda d’urto; tale entità si spinge verso l’esterno attraverso i resti della stella ‘condannata’ e, mentre si muove, produce nuovi elementi da reazioni nucleari. Questo processo è stato analizzato con dei modelli informatici, ma in molti di essi l’energia sviluppata viene perduta in tempi rapidi e il ‘viaggio’ dell’onda d’urto verso l’esterno si blocca, impedendo l’esplosione della supernova.
Simulazioni informatiche più recenti, realizzate in 3D, suggeriscono invece che i neutrini – formatisi durante la creazione della stella di neutroni – svolgano un ruolo cruciale nel ‘condurre’ le bolle che si allontanano a tutta velocità.
Il gruppo di lavoro, analizzando i dati su Cas A, ha riscontrato l’evidenza di questo processo guidato dai neutrini e la presenza di titanio e cromo nelle lunghe strutture – simili a dita – che puntano lontano dal sito dell’esplosione; i due elementi coincidono con i detriti di ferro, individuati in precedenza sempre da Chandra. Le condizioni necessarie per la creazione di questi elementi nelle reazioni nucleari, come la temperatura e la densità, corrispondono a quelle delle bolle che nelle simulazioni guidano le esplosioni.
Il titanio trovato in Cas A – precedentemente solo ipotizzato – è un isotopo stabile di tale elemento, che quindi non decadrà in elementi differenti e più leggeri. Nel resto della supernova, inoltre, è stato individuato – con il telescopio NuStar della Nasa – un isotopo instabile del titanio, soggetto a decadimento all’incirca ogni 60 anni.
La foto in alto, in cui Cas A appare in tutto il suo splendore, è un’immagine composita, frutto della ‘collaborazione’ tra Chandra, NuStar e Hubble. Nel dettaglio, ecco a cosa corrispondono i colori: blu, titanio; verde, rapporto silicio-magnesio; rosso, ferro; viola, ossigeno.
(Crediti foto: Chandra, Nasa/Cxc/Riken/T. Sato et al.; NuStar, Nasa/NuStar; Hubble, Nasa/StSci).