La supernova di tipo Ia emette una quantità di luce pari a quella di un’intera galassia, che dipende anche dal rapporto carbonio-ossigeno, non ancora noto con precisione. Un metodo di recente sviluppo promette di misurare questo rapporto. Crediti: Robin Smith, Nature Portfolio Astronomy Community
Immaginate di dover fare una ricetta il cui esito dipende dal rapporto fra due ingredienti: cambiate, anche di poco, la quantità di uno o dell’altro e il risultato sarà radicalmente diverso. È un po’ quel che succede nell’evoluzione delle stelle dopo la sequenza principale (la fase in cui la stella brucia l’idrogeno nel nucleo convertendolo in elio). Accade, in particolare, per il rapporto fra carbonio e ossigeno al termine della cosiddetta helium burning phase, la fase in cui la stella brucia l’elio nel nucleo per convertirlo prima in carbonio, mediante la reazione 3 alfa, e poi in ossigeno, con la cattura di un’altra particella alfa. Il rapporto che si stabilisce fra il carbonio e l’ossigeno così prodotti determina il futuro della stella: nel caso in cui essa esploda come supernova di tipo 2, determina se il suo nucleo diventerà una stella di neutroni o un buco nero, mentre se esploderà come supernova di tipo 1a, determina la forma della curva di luce (uno degli indicatori di distanza più comunemente usati come riferimento, in astrofisica).
Tornando alla ricetta di prima, quindi, nei codici usati dagli astronomi per studiare l’evoluzione stellare il rapporto fra carbonio e ossigeno è determinante per decidere l’esito della preparazione, e dunque il destino di una stella. Il problema, però, è che la ricetta è imprecisa: il processo che stabilisce quale sia il rapporto finale fra i due elementi è soggetto a variabili note con poca precisione.
Un gruppo di scienziati ha quindi deciso di concentrarsi sullo studio della reazione che trasforma il carbonio in ossigeno mediante la cattura di una particella alfa, ma partendo dalla fine. Si tratta di un approccio innovativo e i cui risultati sembrano essere promettenti. Lo studio è stato pubblicato lo scorso ottobre su Nature communications, mentre l’esperimento è ancora in corso.
Lo scopo è comprendere quale sia il tasso, al variare del tempo e delle energie coinvolte, con il quale il carbonio si converte in ossigeno. Nelle stelle più massicce, infatti, la temperatura durante la fase di helium burning e produzione del carbonio è così elevata da aumentare anche il tasso con cui il carbonio viene convertito in ossigeno – aumentando di due o tre volte il rapporto finale O/C rispetto a stelle di massa simile a quella del Sole. Le stelle massicce sono quindi la principale fonte di ossigeno, mentre le stelle di massa bassa e intermedia sono responsabili principalmente di produzione di carbonio. Irradiando fasci gamma su un bersaglio di ossigeno e catturando immagini dei prodotti di reazione – le particelle alfa e il carbonio, appunto – i ricercatori hanno studiato la reazione inversa nel tempo. Per “vederla”, hanno usato un particolare rivelatore a camera di proiezione temporale a lettura ottica, che funziona ad anidride carbonica (lo stesso materiale usato come bersaglio). Il vantaggio di questo strumento è che è in grado di misurare reazioni come questa con un livello di rumore molto basso. Grazie a ciò, i ricercatori potranno continuare a studiare la reazione diminuendo progressivamente le energie in gioco in modo da misurarne precisamente il tasso e ricreare condizioni il più possibile simili a quelle che si verificano nelle stelle. Secondo i ricercatori, il metodo nel tempo fornirà dati di alta qualità, che daranno una nuova prospettiva a questo problema centrale nell’evoluzione stellare.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Communications l’articolo “Precision measurements on oxygen formation in stellar helium burning with gamma-ray beams and a Time Projection Chamber”, di R. Smith, M. Gai, S. R. Stern, D. K. Schweitzer e M. W. Ahmed