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Come esplodono le stelle più grandi? Bolle di titanio con esplosioni innescano il Titanic

Gli astronomi che utilizzano l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA hanno annunciato la scoperta di un importante tipo di titanio rilasciato dal centro residuo di supernova Cassiopea A (Cas A), un risultato che potrebbe essere un importante progresso nella comprensione di come esplodono alcune stelle massicce. I diversi colori mostrati in queste immagini rappresentano principalmente gli elementi scoperti da Chandra nel Cas A: ferro (arancione), ossigeno (viola) e la quantità di silicio rispetto al magnesio (verde). È stato mostrato il titanio (azzurro) scoperto in precedenza dal telescopio Nostar della NASA, ma non il diverso tipo di titanio che Chandra ha trovato. Questi dati a raggi X sono stati sovrapposti a un’immagine ottica del telescopio spaziale Hubble. Credito: Chandra: NASA / CXC / RIKEN / T. Sato et al .; Nostar: NASA / Nostar; Hubble: NASA / STScI

  • Gli astronomi hanno usato Chandra per scoprire un importante tipo di titanio nei resti di Cas A.
  • Si prevede che questo titanio si formerà sotto forma di bolle che porteranno all’esplosione di una stella massiccia dopo che il suo carburante si esaurisce ed esplode verso l’interno.
  • Il rilevamento di tale titanio fornisce un solido supporto per una classe di esplosioni di supernova che sono state studiate in simulazioni al computer.
  • Il risultato utilizza 18 giorni del tempo di osservazione di Chandra per Cas A tra il 2000 e il 2018.

Gli astrologi lo usano NASAL’Osservatorio a raggi X Chandra ha annunciato la scoperta di un importante tipo di titanio, insieme ad altri elementi, lanciato dal centro del residuo di supernova Cassiopea A (Cas A). Questa nuova scoperta potrebbe essere un passo importante per capire esattamente come esplodono alcune delle stelle più massicce.

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I diversi colori in questa nuova immagine rappresentano principalmente gli elementi scoperti da Chandra in Cas A: ferro (arancione), ossigeno (viola) e la quantità di silicio rispetto al magnesio (verde). Anche il titanio (azzurro) precedentemente rilevato dal telescopio Nostar della NASA è stato mostrato a energie di raggi X più elevate. Questi dati radiografici di Chandra e NuSTAR sono stati coperti su un’immagine fotogrammetrica Telescopio spaziale Hubble (Giallo).

Quando la fonte di energia nucleare di una stella massiccia si esaurisce, il centro collassa sotto l’influenza della gravità e forma un nucleo stellare denso chiamato stella di neutroni o spesso un buco nero. quando Stella di neutroni Si sta formando, all’interno di una stella massiccia che collassa, rimbalzando sulla superficie del nucleo stellare, invertendo il suo collasso interno.

Il calore di questo evento catastrofico produce un’onda d’urto – simile a un boom sonico da un aereo ipersonico – che viene proiettata verso l’esterno attraverso il resto della stella condannata, producendo nuovi elementi attraverso reazioni nucleari mentre avanza. Tuttavia, in molti modelli al computer di questo processo, l’energia viene rapidamente persa e il viaggio verso l’esterno dell’onda d’urto viene interrotto, impedendo l’esplosione della supernova.

Le moderne simulazioni al computer 3D indicano che i neutrini – particelle subatomiche di massa estremamente ridotta – sono stati creati per formare bolle propellenti per una stella di neutroni, che si allontana dal centro dell’esplosione. Queste bolle continuano a spingere in avanti l’onda d’urto, provocando un’esplosione di supernova.

Questo nuovo studio di Chandra indica che le strutture a forma di dito che puntano lontano dal sito dell’esplosione, in basso a destra, contengono titanio e cromo, insieme a detriti di ferro che appaiono di colore arancione. Il titanio trovato da Chandra è un isotopo stabile dell’elemento, il che significa che il numero di neutroni contenuti nei suoi atomi significa che non viene modificato dalla radioattività in un elemento diverso e più leggero. Il titanio precedentemente rilevato in Cas A con NuSTAR è un isotopo instabile, che in 60 anni si trasforma in scandio e quindi in calcio. L’isotopo di titanio stabile trovato da Chandra non è mostrato nella figura.

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Le condizioni richieste per creare cromo e titanio stabili nelle reazioni nucleari, come la temperatura e la densità, corrispondono alle condizioni delle bolle nella simulazione 3D che guidano le esplosioni.

Questo nuovo studio sostiene fortemente l’idea di un’esplosione guidata dai neutrini per spiegare almeno alcune supernove.

Cas A è uno dei più piccoli resti di supernova conosciuti nella nostra galassia a circa 11.000 anni luce dalla Terra e ha circa 350 anni. Gli astronomi hanno utilizzato più di un milione e mezzo di secondi, o più di 18 giorni, del tempo di osservazione di Chandra dal Cas A tra il 2000 e il 2018 per condurre questa ricerca.

Un documento che descrive questi risultati appare nel numero di Nature del 22 aprile 2021. Gli autori di questo articolo sono Toshiki Sato (Rikkyo University in Japan), Kichi Maeda (Kyoto University in Japan), Shijhiro Nagatake (RIKEN Group for pioneering research in Japan), Takashi Yoshida (Kyoto University), Brian Griffinstate (California Institute of Technology ) a Pasadena), Brian J. Williams (il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, MD), Hideyuki Umeda (Toiko University), Masumi Ono (il gruppo di ricerca pionieristico di RIKEN in Giappone), Jack Hughes (Rutgers University di Piscataway, NJ).

Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dell’Osservatorio Smithsonian controlla la scienza da Cambridge Massachusetts e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts.