Le stelle massicce muoiono di una morte violenta. Dopo una vita della durata di qualche milioni di anni, collassano su se stesse ed esplodono in quella che chiamiamo una supernova. Come avvengano nel dettaglio queste esplosioni rimane un mistero. Tuttavia, un lavoro recente condotto da ricercatori della Michigan State University (MSU) potrebbe fornire alcune risposte a questa domanda. In un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, il team presenta il modello tridimensionale che simula gli ultimi istanti di vita di una stella gigante.
«Questo non è mai stato fatto prima d’ora», ha detto Sean Couch, un assistente professore di Fisica e Astronomia alla MSU e autore principale dello studio. «È un passo significativo verso la comprensione delle ultime fasi di vita di queste stelle». Il problema è che, fino ad ora, i ricercatori sono stati solo in grado di sviluppare questo tipo di simulazioni in una sola dimensione. La natura, ovviamente, è tridimensionale. «Siamo stati abituati ad utilizzare modelli monodimensionali che in realtà non sono presenti in natura», ha detto Couch.
L’elemento che ha permesso ai ricercatori di rompere la barriera delle tre dimensioni sono i nuovi sviluppi della tecnologia. «Abbiamo a disposizione nuove risorse, sia hardware che software, che ci hanno permesso di realizzare questo salto», ha spiegato Couch. Fino ad ora i modelli computerizzati non corrispondono a quello che si osserva nel mondo reale. «Non riuscivamo ad ottenere le fasi finali di esplosione di questi oggetti», ha detto. «E questo è stato un problema perché l’esplosione è ciò che osserviamo in natura. Questo ci diceva che nelle nostre simulazioni mancava qualcosa».
I secondi finali della vita di una stella molto massiccia vengono acquisite in 3-D da un team guidato da scienziati della MSU. Crediti: S.M. Couch
L’altro problema affrontato e risolto dal modello 3-D è la forma reale della stella. Modelli computerizzati meno recenti producevano stelle di forma perfettamente sferica. Tuttavia, non è questa la forma reale, e questo nuovo lavoro dimostra che i dettagli sono importanti per la comprensione delle esplosioni di supernova.
Milioni di anni di combustione nucleare portano alla formazione di nuclei centrali di ferro inerte. Questo ferro non può essere utilizzato dalla stella come combustibile. Alla fine, senza alcuna fonte di combustibile, la stella collassa a causa della propria attrazione gravitazionale.
«Questo è ciò che vediamo nella nostra simulazione», ha detto Couch. «Il nucleo di ferro cresce fino a quando non può più sostenersi e collassa». Lo sviluppo del modello 3-D è solo un primo passo verso la comprensione dei meccanismi che portano all’esplosione delle stelle massicce, ma potrebbe cambiare completamente il modo in cui gli scienziati affrontano questo tipo di studi.
Massimo Della Valle (INAF) ha commentato: «Il lavoro è molto interessante, a partire dal fatto che affronta uno dei problemi più importanti della moderna astrofisica: come fa una stella di grande massa ad esplodere e quindi a diventare una Supernova? I risultati presentati nel lavoro non forniscono ancora una risposta definitiva, ma sicuramente ci stiamo muovendo nella giusta direzione». E ha aggiunto: «Gli autori propongono per la prima volta simulazioni 3D del bruciamento, in regime di convettività, della shell di Silicio attorno al “core” di Ferro nei minuti che precedono il suo collasso. Da questo studio emerge che uno dei problemi fin qui incontrati dai modelle teorici nello spiegare l’esplosione di una stella massiccia era quello di partire da modelli di progenitori troppo idealizzati, cioè stelle a simmetria sferica, non ruotanti e prive di campi magnetici. Una delle conclusioni del lavoro è – per l’appunto- che queste stelle progenitrici sono caratterizzate da un grado di asimmetria che potrebbe rendere più efficiente l’azione dei neutrini come “driver” dell’esplosione di Supernova. In prospettiva questo lavoro appare estremamente stimolante. Credo che una versione più sofisticata di questo codice potrebbe essere applicata con successo all’esplosione di un altro tipo di Supernovae, quelle di tipo Ib/c, in particolare a quella frazione più energetica che risulta essere associata ai Gamma-ray Bursts (vedi media INAF)».