Astronomia

Quale supernova ha creato il ferro che si trova attualmente nel nucleo terrestre?

Quale supernova ha creato il ferro che si trova attualmente nel nucleo terrestre?


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Il ferro è generato dalle stelle in una certa parte del loro ciclo di vita. La Terra contiene molto ferro al suo interno, tuttavia è chiaro che questo ferro potrebbe non essere stato generato in una stella nelle immediate vicinanze. Se consideriamo l'attuale posizione della Terra come riferimento, dove sarebbero state 4,5 miliardi di anni fa le stelle che hanno generato il ferro che si trova attualmente nel nucleo terrestre? Possiamo dire che nell'attuale posizione della Terra c'era una stella enorme 4,5 miliardi di anni fa? Come ha fatto il ferro formatosi in queste vecchie stelle a raggiungere la nube di gas primordiale che si è trasformata nel sistema solare? Per quanto tempo ha viaggiato? Possiamo dire che provenga da un insieme di stelle vissute (di nuovo, 4,5 miliardi di anni fa) nell'area che oggi chiamiamo nucleo della galassia, per esempio? Possiamo definire l'insieme delle aree "generatrici di ferro"? Possiamo definire qualcosa come la "sfera del generatore di ferro del nucleo terrestre"?


Il ferro è principalmente prodotto o è il prodotto di decadimenti di materiale processato nucleare all'interno di supernovae.

Poiché la Terra (e il sistema solare) ha circa 4,5 miliardi di anni, le stelle che hanno prodotto il ferro che si trova attualmente nel nucleo terrestre sono morte più di 4,5 miliardi di anni fa. Si noti che il sistema solare si è formato dai gas che erano stati arricchiti dalle esplosioni di supernova di centinaia di milioni di stelle tutte mescolate insieme.

Ci sono fondamentalmente due categorie di stelle che possono essere esplose come supernovae e disseminare questo ferro nel mezzo interstellare e dalle quali potrebbe essersi formato il sistema solare. Il primo è stelle enormi ($>8-10M_{odot}$). Questi possono produrre ferro e nichel nei loro nuclei a causa della combustione del silicio nelle fasi finali della loro evoluzione. C'è poi un breve collasso del nucleo seguito da un'esplosione e la supernova risultante può disperdere parte di questo materiale lavorato e ricco di ferro nello spazio. I resti di queste antiche esplosioni di supernova potrebbero essere stelle di neutroni o buchi neri. Questi sono quasi irrintracciabili/non osservabili ora, ma dovrebbero essercene circa un miliardo nella nostra Galassia.

La seconda categoria è costituita dai progenitori di quelle che vengono chiamate supernove di tipo Ia. Si pensa che derivino dall'esplosione termonucleare di una nana bianca. Le nane bianche sono il punto finale dell'evoluzione delle stelle meno massicce. Le supernove di tipo Ia produttrici di ferro $>4,5$ miliardi di anni fa, sarebbero iniziate come stelle con masse comprese tra circa 1,5 e 8$M_{odot}$. Questi avrebbero bruciato l'idrogeno, quindi l'elio per produrre un nucleo di carbonio e ossigeno degenerato. Questo nucleo quindi si raffredda e svanisce come una stella nana bianca nella maggior parte dei casi. Nelle supernove di tipo Ia, alcuni eventi successivi nella loro vita, sia il trasferimento di massa da un compagno, sia la fusione con un compagno, hanno fatto sì che la nana bianca superasse la sua massa Chandrasekhar e innescasse un'instabilità che porta al rapido consumo totale della stella in un esplosione termonucleare. I prodotti di questa esplosione includono una grande quantità di Nichel, che poi decade radioattivamente in Ferro. Della nana bianca non è rimasto nulla.

EDIT: Dopo aver stabilito questo, possiamo iniziare a guardare la tua domanda modificata. In primo luogo, il gas e le stelle nella Galassia stanno fondamentalmente orbitando attorno al centro galattico. Il periodo orbitale al raggio del Sole è di circa 230 milioni di anni, quindi ha completato molte orbite galattiche. Non solo, ma potrebbe anche essere migrato nel raggio orbitale. In letteratura sono presenti rivendicazioni e controrivendicazioni e la questione non è stata risolta. Il Sole potrebbe essersi mosso dentro o fuori di una frazione significativa del suo attuale raggio orbitale galattico.

I progenitori di grande massa delle supernove a collasso del nucleo saranno nati (e morti) molto vicino al piano galattico. Lo stesso non è vero per le supernove di tipo Ia, che avevano progenitori vissuti più a lungo che avrebbero potuto spostarsi in modo significativo dal piano galattico prima di esplodere, e in effetti avrebbero orbitato loro stesse la Galassia molte volte. Il gas espulso in un'esplosione di supernova si diffonde (per migliaia di anni) per decine di anni luce e si mescola nel mezzo interstellare. Il mezzo interstellare è esso stesso agitato e mescolato dall'energia immessa da queste supernove, ma anche dal riscaldamento e dai venti di altre stelle, dalle maree della galassia e dai bracci a spirale. Il mezzo interstellare sembra essere abbastanza omogeneo in termini di composizione chimica, sebbene esistano gradienti radiali con lunghezze di scala dell'ordine di diecimila anni luce.

In conclusione, è quasi impossibile rispondere a quello che chiedi. Il ferro del sistema solare quasi certamente proveniva da innumerevoli supernovae con una varietà di progenitori, che sarebbero esplose in qualsiasi momento tra quasi la nascita della Galassia 11-12 miliardi di anni fa (in effetti il ​​tasso di supernova era probabilmente più alto di allora) fino al Sole nascita. I maggiori contributi verrebbero da quelle stelle che abitano un anello di molte migliaia di anni luce di diametro, centrato approssimativamente sul luogo in cui è nato il Sole, il che è di per sé incerto.


Ceneri di supernova trovate nei fossili indizio di un evento di estinzione

La cenere di supernova è stata scoperta in fossili creati da batteri sulla Terra, secondo un nuovo studio.

Poiché i fossili contengono una varietà di ferro che è molto probabilmente il prodotto di un evento di supernova avvenuto ad anni luce dalla Terra, questa scoperta suggerisce anche che l'evento potrebbe aver avuto un ruolo in un evento di estinzione sulla Terra, hanno detto i ricercatori.

Le supernove sono potenti esplosioni di stelle giganti morenti. Queste esplosioni sono visibili fino agli angoli più remoti dell'universo e sono abbastanza luminose da eclissare brevemente tutte le altre stelle nelle loro galassie ospiti. [Incredibili immagini di supernova da esplosioni stellari]

Ricerche precedenti hanno scoperto che le supernove generano una varietà di ferro leggermente radioattiva nota come ferro-60. Queste esplosioni catastrofiche poi scagliano grandi quantità di ferro-60, più di 5-10 volte la massa del sole, e si precipitano nello spazio. Il ferro-60 prodotto in altri modi naturali ne crea solo fino a un decimo. In quanto tale, il ferro-60 che si trova sulla Terra e sulla Luna è probabilmente cenere di supernova.

Ora gli scienziati hanno scoperto il ferro-60 all'interno di catene fossili di cristalli magnetici di un minerale noto come magnetite. Questi "magnetofossili", ciascuno dei quali è di circa 90 nanometri e miliardesimi di metro e grande, sono stati creati da microbi noti come batteri magnetotattici.

Precedenti studi hanno suggerito che una supernova ad almeno 325 anni luce dalla Terra ha fatto esplodere il pianeta con cenere di ferro circa 2 milioni di anni fa. Per cercare tracce di questi detriti, i ricercatori hanno analizzato campioni di sedimenti marini estratti dall'Oceano Pacifico risalenti a questo lasso di tempo.

Gli scienziati hanno scoperto che i magnetofossili che contenevano ferro-60 sono apparsi per la prima volta nei campioni di carota tra 2,6 milioni e 2,8 milioni di anni fa. Apparentemente i detriti della supernova sono poi piovuti sulla Terra per circa 800.000 anni, con livelli di ferro-60 che hanno raggiunto un picco circa 2,2 milioni di anni fa.

"Trovare atomi di ferro-60 ancora vivi espulsi dalle viscere di una supernova 2,6 milioni di anni fa all'interno di magnetofossili è fantastico", ha detto il coautore dello studio Shawn Bishop, un astrofisico nucleare sperimentale presso l'Università tecnica di Monaco in Germania. "Essere in grado di rilevarli con la fantastica sensibilità che abbiamo e se mi dai un atomo di ferro-60 in 10^16 [10 milioni di miliardi] di atomi stabili di ferro, possiamo trovarlo e questo è impressionante".

I ricercatori hanno notato che questi detriti di supernova sono piovuti sulla Terra all'incirca nello stesso periodo di un evento di estinzione che ha causato la morte di molluschi come lumache marine e bivalvi. In quel periodo si verificò anche un periodo di raffreddamento globale.

"Non possiamo dire nulla sul contributo causale di questa supernova a questa estinzione, ma sembra una coincidenza astronomica", ha detto Bishop a Space.com.

La ricerca futura può portare alla luce prove per supportare o confutare questo potenziale legame tra supernova ed estinzioni, ha detto Bishop.

Gli scienziati hanno dettagliato le loro scoperte online il 10 agosto nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.


Scoperto granello di supernova all'interno di un meteorite

È stato scoperto che un meteoritetano atterrato sulla Terra quasi 150 anni fa contiene microscopici frammenti di una stella esplosa all'incirca nel periodo in cui è nato il nostro sistema solare.

La composizione chimica del meteorite di Orgueil, che colpì la Francia nel 1864, indica che una stella vicina esplose in una supernova circa 4,5 miliardi di anni fa, proprio quando si stavano formando i pianeti del sole. Dai deboli resti dell'esplosione stellare, i ricercatori sono ora in grado di determinare quale tipo di stella è esplosa.

La ricerca potrebbe risolvere il mistero del perché i livelli di un elemento metallico, il cromo, variano da un pianeta e da un meteorite all'altro.

Lo studio del meteorite, che è incastonato con grani arrotondati ed è noto come acondrite, è stato condotto dal ricercatore dell'Università di Chicago Nicolas Dauphas. I risultati sono dettagliati nel numero del 10 settembre dell'Astrophysical Journal.

Il racconto del cromo 54

In precedenza, gli scienziati credevano che il cromo 54, che è un isotopo dell'elemento, e altri elementi chimici fossero uniformemente dispersi nella nube di gas e polvere che è collassata per formare il nostro sistema solare.

"Era una zuppa molto ben miscelata. Ma sembra che alcuni degli ingredienti siano entrati e non siano stati completamente omogeneizzati, e questo è un risultato piuttosto interessante", ha detto Bradley Meyer, professore di astronomia e astrofisica alla Clemson University, che ha non lavorare sulla nuova ricerca.

Per quattro decenni, gli scienziati hanno ipotizzato che un'esplosione di supernova si sia verificata circa 4,5 miliardi di anni fa, probabilmente innescando la nascita del sole.

"Sembra probabile che almeno una stella massiccia abbia contribuito con materiale al sistema solare? o cosa sarebbe diventato il sistema solare? poco prima della sua nascita", ha detto Meyer in una nota.

All'interno di theteorite, tracce degli elementi chimici alluminio 26 e ferro 60 ? due isotopi di breve durata trovati nelle rocce spaziali ma non sulla Terra? "I ricercatori hanno indotto i ricercatori a pensare che provenissero da una supernova con collasso del nucleo, classificata come evento di "Tipo II", che descrive una stella massiccia che subisce un collasso interno e un'esplosione violenta.

Una supernova di tipo II si verifica quando una stella almeno nove volte più pesante del sole brucia quasi tutto il suo combustibile. Il motore a fusione al centro della stella inizia a balbettare, provocando un collasso interno, seguito da una violenta esplosione dell'intera stella.

Al contrario, le esplosioni di supernova di tipo Ia si verificano nella morte di una piccola ma estremamente densa stella nana bianca in un sistema binario (in cui due stelle orbitano l'una intorno all'altra).

Grani di supernova di tipo II sono stati trovati in precedenza nei meteoriti, ma fino ad ora non erano mai stati rilevati marcatori residui di una supernova di tipo Ia.

Setacciare i grani

Gli scienziati saranno ora in grado di analizzare i grani del meteorite francese alla ricerca di marcatori chimici che aiuteranno a determinare quale tipo di supernova ha contribuito al contenuto di cromo54 della roccia.

"Il test sarà misurare il calcio 48", ha detto Dauphas. "Puoi produrlo in grandi quantità nel Tipo Ia, ma è molto difficile da produrre nel Tipo II".

Se i grani di theteorite contengono molto calcio 48, allora probabilmente proveniva da un'esplosione di supernova di tipo Ia.

Ricercatori in questo campo? conosciuti come cosmochimici? hanno cercato il vettore di cromo 54 per 20 anni, ma i recenti progressi nella strumentazione suggeriscono che la risposta potrebbe arrivare presto.

I grani misurati nello studio avevano un diametro inferiore a 100 nanometri, circa un millesimo della larghezza di un capello umano.

I risultati suggeriscono che dopo che la supernova ha rilasciato questi grani nello spazio, i processi dinamici nel primo sistema solare hanno ordinato i frammenti per dimensione, il che ha portato i grani a essere incorporati in modo sproporzionato nei meteoriti e nei pianeti che stavano iniziando a formarsi intorno al sole.

"È notevole che si possa guardare un isotopo come il cromo 54 e potenzialmente scoprire molto su cosa è successo nel primissimo periodo della formazione del sistema solare", ha detto Meyer.


La Terra è stata scossa da una supernova che probabilmente ha portato all'era glaciale 2,5 milioni di anni fa

Il sospettoso lampeggio della stella Betelgeuse (non il Ghost With the Most) ha fatto innervosire tutti per il fatto che diventasse una supernova. La paranoia che circonda Betelegeuse è diminuita quando gli scienziati hanno stabilito che non sarebbe esplosa presto, ma la Terra ha già sentito gli effetti di una supernova.

Le stelle che sono almeno dieci masse solari esplodono alla fine della loro vita. Questo è il fenomeno altrimenti noto come supernova, in cui si formano elementi pesanti come ferro e manganese, insieme agli isotopi di quegli elementi. I fisici dell'Università tecnica di Monaco hanno ora scoperto che alcuni isotopi di ferro e manganese nella crosta terrestre sono la prova di una supernova avvenuta relativamente vicino al nostro pianeta 2,5 milioni di anni fa. Potrebbe anche essere stato collegato all'inizio dell'era glaciale che ha congelato la Terra nello stesso periodo.

Più spazio

Le prove della supernova si nascondevano negli strati di una crosta di ferromanganese sul fondo dell'oceano. È stato portato alla luce utilizzando la spettrometria di massa dell'acceleratore per eseguire l'analisi delle ultratracce, che ha rilevato quantità incredibilmente piccole di prove geologiche in pochi atomi degli isotopi manganese-53 (53Mn) e ferro-60 (60Fe). La spettrometria di massa con acceleratore è un milione di volte più sensibile della spettrometria convenzionale, motivo per cui era ideale per trovare questi isotopi. Croste di ferromanganese come quella in cui si erano nascosti questi isotopi accumulano solo circa 1 o 2 mm di minerali dall'acqua dell'oceano ogni milione di anni.

“Per determinare le quantità di 53Mn (emivita di 3,7 milioni di anni) e 60Fe (emivita di 2,6 milioni di anni) negli strati della crosta, ovviamente non potevamo aspettare che decadono e mostrassero un segnale a causa della loro estrema lunghe emivite", Gunter Korschink, che ha condotto uno studio recentemente pubblicato su Lettere di revisione fisica, ha detto a SYFY WIRE. "I metodi di spettrometria di massa devono essere applicati direttamente all'isotopo stesso per misurarlo".

Betelgeuse, che non andrà 'splodey in qualunque momento presto o da nessuna parte vicino a noi. Credito: NASA

Le supernovae possono lasciare tracce di se stesse a causa dei processi fisici che avvengono durante l'agonia delle stelle massicce. Si pensa che la nucleosintesi abbia prodotto il 60Fe. Ciò si verifica quando gli atomi più complessi dell'idrogeno si formano nello spazio e, in questo caso, gli isotopi sono stati formati dalla nucleosintesi stellare poiché sono nati all'interno di materia stellare esplosiva. Il 60Fe può anche formarsi quando gli isotopi di ferro più leggeri rubano i neutroni. Diventa più complicato con 53Mn. Questo isotopo inizia come 53Fe che decade rapidamente a 53Mn e può essere sintetizzato solo da un processo che trasforma il silicio in nichel, secondo Korschinek.

Quindi c'è una possibile connessione con il periodo delle ere glaciali che è iniziato 2,5 milioni di anni fa, che è un po' difficile da ignorare.

"In un primo momento, il calo della temperatura sulla Terra è avvenuto più o meno nello stesso momento in cui si è verificata questa supernova vicina", ha detto Korschink. “E ci sono speculazioni che un aumento dell'intensità dei raggi cosmici in quel momento potrebbe aver migliorato la formazione di nubi. Ciò potrebbe aver prodotto un calo della temperatura sulla Terra e in ulteriori passaggi l'inizio delle ere glaciali".

Se le nuvole bloccano la luce solare e il calore, le temperature sulla Terra precipitano. Questo è un effetto dell'inverno nucleare simile a quello che è successo quando enormi nuvole di polvere e cenere sono sorte da eruzioni vulcaniche e hanno oscurato il pianeta dopo che l'asteroide Chicxulub ha colpito, portando all'evento di estinzione di massa che alla fine avrebbe cancellato i dinosauri. Le estinzioni potrebbero verificarsi anche da altri fenomeni se una supernova esplodesse troppo vicino al Sole. La radiazione UV del Sole aumenterebbe e potrebbe anche colpire la Terra con raggi X letali.

Ci sono due possibili candidati che probabilmente finiranno per esalare l'ultimo respiro quando si sono allontanati troppo per avere un impatto negativo sulla Terra. Non dovrebbe sorprendere che Betelgeuse sia una di queste stelle e l'altra sia IK Pegasi, un sistema stellare binario di una stella e una nana bianca che alla fine si schianterà e brucerà. Il punto più vicino che IK Pegasi potrà mai raggiungere è entro 120 anni luce di distanza, il che non è nulla in termini cosmici, ma una supernova non accadrà per secoli dopo che ci sarà passata.

“IK Pegasi diventerà una supernova di tipo Ia tra circa 1,9 miliardi di anni. Il sistema sarà troppo lontano dal Sole, non rappresentando una minaccia per la biosfera terrestre", ha affermato Korschinek. “Si prevede che Betelgeuse subirà un collasso del nucleo in qualsiasi momento entro i prossimi 2 milioni di anni. Tuttavia. poiché sarà a circa 600 anni luce dalla Terra, non dovremmo aspettarci alcuna minaccia da Betelgeuse quando esploderà".

Quindi non sembra che una supernova sarà la ciliegina sulla torta della spazzatura del 2020, se mai. Ciò dovrebbe dare a tutti almeno un po' di sollievo dal fatto che c'è una mostruosità che è improbabile che accada.


Una supernova superluminosa da un'enorme stella progenitrice

Un'immagine ottica che mostra la supernova superluminosa ASASSN-18am nella periferia della sua galassia ospite (marcatori verdi). L'immagine è stata scattata 131 giorni dopo l'esplosione. Credito: Bose et al, 2021

Le stelle più grandi di circa otto masse solari terminano la loro vita in modo spettacolare come supernova. Queste supernove a stella singola sono chiamate supernove a collasso del nucleo perché i loro nuclei densi, composti principalmente da ferro in questa fase avanzata della loro vita, non sono più in grado di resistere alla pressione interna della gravità e collassano prima di esplodere. Si pensa che le supernove con collasso del nucleo che mostrano forti linee di emissione di idrogeno atomico siano il risultato delle esplosioni di stelle supergiganti rosse, stelle massicce che si sono evolute oltre il loro stadio principale di combustione dell'idrogeno e si sono gonfiate di raggio. Fino a poco tempo fa, gli astronomi pensavano che queste stelle fossero relativamente quiescenti fino alla loro scomparsa definitiva, ma si sono accumulate prove che in realtà sperimentano una forte perdita di massa prima di esplodere. In alcuni modelli, viene emessa radiazione aggiuntiva quando i materiali emessi dalle supernove incontrano questi inviluppi di perdita di massa negli shock e le variazioni in questo processo sono responsabili delle differenze osservate nell'emissione delle supernove con collasso del nucleo.

Nell'ultimo decennio è stata identificata una nuova sottoclasse di supernovae, chiamata supernovae superluminose (SLSNe). Possono essere fino a dieci volte più luminose delle normali supernove al loro apice e cadere grossolanamente in due gruppi a seconda che abbiano un'emissione di idrogeno forte o debole. Alcuni SLSNe ricchi di idrogeno non mostrano segni di emissione shock da un involucro, tuttavia, aumentando la complessità del quadro. Le supernovae sono parametri cosmologici chiave perché sono così luminose e possono essere viste brillare nelle prime epoche dell'universo, la supernova più lontana finora risale a un'epoca solo circa tre miliardi di anni dopo il big bang. Le distanze sono determinate in modo affidabile confrontando le luminosità misurate e intrinseche, ma solo quando le luminosità intrinseche sono accuratamente modellate. Gli astronomi stanno quindi lavorando per rendere conto di tutte le varie classi e sottoclassi.

L'astronomo CfA Emilio Falco era un membro di un team di astronomi che ha utilizzato il progetto "All-Sky Automated Survey for Supernovae" (ASAS-SN), composto da ventiquattro telescopi in tutto il mondo, per rilevare automaticamente il cielo visibile per le supernovae. Il team, seguendo una fonte ASASSN-18am (SN2018gk), conclude che si tratta di una supernova rara, luminosa e ricca di idrogeno, ma senza prove di ejecta che interagisce con un involucro. Gli scienziati concludono che la stella deve aver avuto solo un vento modesto, solo circa due decimillesimi di massa solare all'anno (alcune misurazioni a raggi X suggeriscono che avrebbe potuto essere anche più piccola). Gli scienziati stimano che la stella progenitrice avesse probabilmente una massa compresa tra diciannove e ventisei masse solari.

"ASASSN-18am/SN 2018gk: una supernova ultraluminosa di tipo IIb da un enorme progenitore" è pubblicato in MNRAS.


Gli osservatori della NASA probabilmente rilevano un nucleo di supernova del 1987 a lungo cercato

Gli astronomi hanno ora prove da due telescopi a raggi X (Chandra e NuSTAR) per un componente chiave di . [+] un famoso residuo di supernova. Quest'ultimo studio mostra che potrebbe essere presente una "nebulosa del vento pulsar" creata da una tale stella di neutroni.

Chandra (raggi X): NASA/CXC/Univ. di Palermo/E. Greco Illustrazione: INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo/Salvatore Orlando

L'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e il suo NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) hanno rilevato indirettamente quello che pensa sia il nucleo stellare residuo della Supernova 1987A, la prima supernova ad occhio nudo scoperta in più di 400 anni. Situata nella vicina Grande Nube di Magellano, una galassia nana situata a circa 170.000 anni luce di distanza, la Supernova 1987A (o SN 1987A) è stata avvistata per la prima volta da un solitario osservatorio cileno in cima a una montagna il 23 febbraio 1987.

In un articolo pubblicato su Il Giornale Astrofisico, un team internazionale di astronomi osserva che dopo tre decenni di ricerche, hanno utilizzato le emissioni di raggi X per rilevare il nucleo della stella di neutroni della supernova. Il team ha anche utilizzato i dati dell'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) a terra in Cile per supportare le loro affermazioni.

"Per 34 anni, gli astronomi hanno setacciato i detriti stellari di SN 1987A per trovare la stella di neutroni che ci aspettiamo sia lì", ha detto in una nota Emanuele Greco, dell'Università di Palermo in Italia, il leader dello studio. "Ci sono stati molti indizi che si sono rivelati vicoli ciechi, ma pensiamo che i nostri ultimi risultati potrebbero essere diversi".

Questi oggetti sono stati soprannominati stelle di neutroni, perché sono fatti quasi esclusivamente di neutroni densamente impacchettati, afferma la NASA. Le stelle di neutroni in rapida rotazione e altamente magnetizzate, chiamate pulsar, producono un raggio di radiazione simile a un faro che gli astronomi rilevano come impulsi quando la sua rotazione spazza il raggio attraverso il cielo, osserva l'agenzia spaziale. Tuttavia, c'è un sottoinsieme di pulsar, dice la NASA. che producono venti dalle loro superfici - a volte quasi alla velocità della luce - che creano strutture intricate di particelle cariche e campi magnetici noti come "nebulose del vento pulsar".

La NASA afferma che la spiegazione più probabile per questa emissione energetica di raggi X è che viene prodotta proprio da una nebulosa del vento pulsar.

La stella esplosa il 23 febbraio nella Grande Nube di Magellano (il capostipite della supernova . [+] 1987A) è stata ora identificata. È stata catalogata da nel 1969 come una stella OB di 12a magnitudine e le è stata data la designazione Sanduleak-69 202. Osservazioni presso l'Osservatorio europeo meridionale a metà degli anni '70 hanno permesso di classificarla come di tipo spettrale B3 I, cioè un stella supergigante.

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Per quanto riguarda il tipo di esplosione di supernova che ha creato una tale stella di neutroni?

Lo scenario più probabile coinvolge una supernova con collasso del nucleo. I progenitori della supernova a collasso del nucleo sono stelle massicce che subiscono il collasso del nucleo dei loro nuclei di ferro. Cioè, quando il materiale nucleare della stella semplicemente non può più sostenere il peso della gravità della stella.

Infatti, SN 1987A ha offerto agli astronomi la prima conferma diretta che gli elementi pesanti sono prodotti nelle supernove.

SN 1987A è noto per essere una supernova con collasso del nucleo di tipo II che successivamente ha lasciato un residuo compatto, una stella di neutroni o un buco nero, come ho notato qui in un post precedente. Ma nel caso di SN 1987A, c'è ancora qualche dibattito sul fatto che l'esplosione possa essere stata causata dalla fusione di due stelle.

Gli astronomi sanno da tempo che la curva di luce del 1987A si è comportata in modo strano sin dall'inizio. Per una ragione, non è mai diventata così brillante come la tipica supernova con collasso del nucleo, motivo per cui è ufficialmente classificata come supernova "Peculiare" di tipo II. Ciò significa che semplicemente non si adatta a nessuna delle sottocategorie note di collasso del nucleo di supernova di tipo II.

Per quanto riguarda la stella progenitrice della supernova?

È noto che almeno uno dei suoi progenitori era Sanduleak -69 202, una stella supergigante blu di circa 20 masse solari. Resta aperto il dibattito se l'esplosione nel cuore della supernova sia stata causata dal collasso di una singola stella blu massiccia o causata dalla fusione di due stelle.

Ma la NASA pensa che se ci fosse davvero una pulsar al centro di questo residuo di supernova di 34 anni, sarebbe la più giovane mai trovata. Di conseguenza, sarà quindi l'ideale per assistere al suo sviluppo.

La speranza è che i detriti stellari che circondano la presunta pulsar si disperdano nei prossimi anni. Se è così, la NASA afferma che in circa un decennio l'emissione della pulsar emergerà senza ostacoli, rivelando l'esistenza di questa stella di neutroni rotante di recente formazione.


JAXA Agenzia di esplorazione aerospaziale giapponese

D. Qual è la tua specializzazione di ricerca?


Rappresentazione artistica dell'esplosione di una supernova. (per gentile concessione: NASA/CXC/M.Weiss)

Mi occupo di fenomeni non termici. Tutti i fenomeni naturali sulla Terra hanno una temperatura, ma in varie parti dell'universo c'è materia per la quale non possiamo assolutamente misurare una temperatura. La temperatura è una misura del movimento microscopico, noto anche come energia cinetica, di molecole e atomi nella materia, e la quantità di energia cinetica determina l'energia termica. Misuriamo questo come temperatura.
Ma ci sono alcuni fenomeni osservati nello spazio che non sono conformi alle nostre leggi fisiche legate alla Terra relative al calore e alla temperatura. Questi fenomeni sono indicati come fenomeni non termici e non possono essere definiti dalla loro temperatura in gradi Celsius.
Ad esempio, sono state trovate particelle non termiche nelle onde d'urto di un'esplosione di supernova e un getto ad alta velocità rilasciato da una posizione molto vicina a un buco nero. Queste particelle non termiche accelerano a un'energia molto elevata che non è realistica sul terreno. Non capiamo ancora come si creano queste particelle non termiche e come accelerano.
Sono le velocità estreme e irregolari di queste particelle nello spazio che ci rendono impossibile misurare la loro temperatura e definirle come particelle non termiche.

D. Che tipo di ricerca vorresti fare con il satellite per astronomia a raggi X ASTRO-H?

La caratteristica principale di ASTRO-H è la sua capacità di osservazione a banda larga. Ha una risoluzione energetica almeno dieci volte maggiore rispetto ai tradizionali satelliti per astronomia a raggi X. Mi piace fare osservazioni precise sullo stato cinetico dei plasmi senza collisioni visti nelle onde d'urto di un'esplosione di supernova, per imparare che tipo di plasmi vengono accelerati a stati di alta energia.

D. Perché sei interessato alle esplosioni di supernova?


Immagine a raggi X del resto di supernova Cassiopea A, 330 anni dopo la sua esplosione di supernova. I raggi X sono mostrati da alta energia a bassa energia come blu, verde e rosso. (per gentile concessione: NASA/CXC/UMass Amherst/M.D.Stage et al.)

Immagine a raggi X del residuo di supernova di Tycho. L'area viola vista sul bordo esterno è un'onda d'urto in cui le particelle non termiche ad alta energia vengono accelerate. (per gentile concessione: NASA/CXC/Rutgers/J. Warren e J. Hughes et al.)

Sono sempre stato interessato al fatto che le particelle create dall'esplosione di una supernova siano accelerate a un'energia molto elevata. Sono attratto dai fenomeni ad alta energia.
Tutto sulla Terra ha una temperatura che possiamo misurare e definire, ma nei resti di supernova non possiamo misurare la temperatura delle particelle ad alta energia, che sono chiamate particelle "non termiche".
Tali fenomeni, che non si vedono mai sulla Terra, rendono molto interessanti le esplosioni di supernova e i loro resti. Questi fenomeni non termici sono osservati universalmente in tutto lo spazio, e c'è la possibilità che vi sia nascosto qualcosa di molto importante. Trovo questo mistero molto avvincente.
Quando guardi le foto dei resti di supernova, sono molto belle. Questo è un altro motivo per cui sono così interessato alle esplosioni di supernova.

D. Cosa sono le esplosioni di supernova e i resti di supernova?

Un'esplosione di supernova è un fenomeno in cui una stella raggiunge la fine della sua vita ed esplode. Ad esempio, pensa a una stella "pesante", il che significa che ha più di dieci volte la massa del Sole. Innanzitutto, una stella viene creata quando le nuvole di gas nello spazio vengono attratte e contratte dalla gravità. Al centro di una stella, si verificherà la fusione nucleare (in cui il gas idrogeno diventa elio e così via ad atomi sempre più grandi) e genererà una pressione verso l'esterno. Poiché la pressione e la gravità della stella sono ben bilanciate, la stella può mantenere la sua forma. L'energia della reazione di fusione atomica crea la luce che fa brillare la stella.
La fusione nucleare continuerà finché il ferro non si formerà nel nucleo di una stella. Il ferro è un nucleo atomico stabile, quindi non si verificherà alcuna ulteriore fusione nucleare. Circa un milione di anni dopo la sua nascita, la stella raggiunge un periodo di distruzione noto come "fotodisintegrazione del ferro". La pressione del "nucleo" diminuisce rapidamente e la stella, quando non può più tollerare la gravità, si frantuma ed esplode. Questa è un'esplosione di supernova di una stella pesante.
Durante l'esplosione della supernova, viene rilasciata un'enorme energia e le onde d'urto si diffondono nell'universo. L'esplosione di una supernova brilla tanto quanto un insieme di 100 miliardi di stelle. Le onde d'urto emettono anche raggi X o raggi gamma (che hanno un'energia anche maggiore dei raggi X). Tali onde d'urto generate da una grande esplosione di una stella sono conosciute come resti di supernova. L'esplosione di una supernova stessa dura solo pochi secondi, ma un residuo di supernova esisterà nello spazio per più di 100.000 anni.

D. Cosa possiamo imparare studiando esplosioni e resti di supernova?


Il resto di supernova G292.0+1.8. Quando la sua fusione nucleare raggiunge il suo limite, una stella muore in una grande esplosione, poiché la gravità distrugge il suo nucleo. Gli elementi pesanti rilasciati nello spazio in quel momento diventano l'origine della vita. In questo residuo, possiamo vedere molto ossigeno. (per gentile concessione: Raggi X: NASA/CXC/Penn State/S.Park et al. Ottica: Pal.Obs. DSS)

Possiamo imparare come si è evoluto l'universo, come ha raggiunto il suo stato attuale e da dove provengono gli esseri viventi. Gli elementi che compongono il nostro corpo, infatti, provengono da esplosioni di supernova. Se non ci fossero state esplosioni di supernova, nessun essere vivente si sarebbe formato.
La maggior parte degli elementi intorno a noi che sono più leggeri del ferro, come l'ossigeno e l'azoto, sono creati attraverso la fusione nucleare nelle stelle. Questi elementi sono stati diffusi in tutto l'universo da esplosioni di supernova. Si pensa quindi che si siano riuniti per creare la nostra Terra e tutti gli organismi viventi su di essa.
Inoltre, abbiamo appreso che molti elementi più pesanti del ferro, fino all'elemento più pesante in natura, l'uranio, sono stati creati al momento dell'esplosione di una supernova e sparsi nell'universo. This is even true of gold and silver, on which humanity places a special value. By studying supernova remnants, we can understand where and how these elements around us were created.
Supernova explosions generate cosmic rays. Cosmic rays are high-energy particles flying about the universe at high speed. X-rays and high-energy gamma rays are released from supernova remnants as an indication of the existence of cosmic rays. That is to say, a leading theory is that nonthermal particles in shockwaves are cosmic rays.
Cosmic rays also do come down to Earth&rsquos surface, but even 100 years after their discovery, their origin remains unknown. Some people believe that cosmic rays play a very important role in the formation of stars. Lithium used in batteries is created from a crash between cosmic rays and interstellar gas in space. In such a way, everything is linked. So when we learn more about supernova remnants, we will be better equipped to explore and perhaps even solve the mysteries of the universe, and perhaps even of lifeforms unknown to us today. This is very interesting.


Red Supergiants

So what is a red supergiant star? Red supergiants are stars of a specific size that are nearing the end of their lives. These stars spend only about 10% of their lives as red supergiants while the prior 90% is spent as a massive main sequence star. These stars have a mass greater than 10 solar masses meaning these stars have more than ten times the mass of our sun. In these stars most of the hydrogen fuel has been exhausted and the core stops producing energy and gravity causes the core to contract. The layer of the star surrounding the core contracts and heats up to a high enough temperature to start fusing hydrogen to helium. The outer parts of the star expand as a result of the star burning hydrogen. The star is producing more energy than necessary to offset the collapse due to gravity. The outer layer expands to several hundred solar radii and the surface temperature cools as a result of the increased surface area. This temperature decrease gives the star its reddish color.

Courtesy of se.ssl.berkeley.edu


Astronomy Without A Telescope – Alchemy By Supernova

The production of elements in supernova explosions is something we take for granted these days. But exactly where and when this nucleosynthesis takes place is still unclear – and attempts to computer model core collapse scenarios still pushes current computing power to its limits.

Stellar fusion in main sequence stars can build some elements up to, and including, iron. Further production of heavier elements can also take place by certain seed elements capturing neutrons to form isotopes. Those captured neutrons may then undergo beta decay leaving behind one or more protons which essentially means you have a new element with a higher atomic number (where atomic number is the number of protons in a nucleus).

This ‘slow’ process or s-process of building heavier elements from, say, iron (26 protons) takes place most commonly in red giants (making elements like copper with 29 protons and even thallium with 81 protons).

But there’s also the rapid or r-process, which takes place in a matter of seconds in core collapse supernovae (being supernova types 1b, 1c and 2). Rather than the steady, step-wise building over thousands of years seen in the s-process – seed elements in a supernova explosion have multiple neutrons jammed in to them, while at the same time being exposed to disintegrating gamma rays. This combination of forces can build a wide range of light and heavy elements, notably very heavy elements from lead (82 protons) up to plutonium (94 protons), which cannot be produced by the s-process.

How stuff gets made in our universe. The white elements (above plutonium) can be formed in a laboratory, but it is unclear whether they form naturally - and, in any case, they decay quickly after they are formed. Credit: North Arizona University

Prior to a supernova explosion, the fusion reactions in a massive star progressively run through first hydrogen, then helium, carbon, neon, oxygen and finally silicon – from which point an iron core develops which can’t undergo further fusion. As soon as that iron core grows to 1.4 solar masses (the Chandrasekhar limit) it collapses inwards at nearly a quarter of the speed of light as the iron nuclei themselves collapse.

The rest of the star collapses inwards to fill the space created but the inner core ‘bounces’ back outwards as the heat produced by the initial collapse makes it ‘boil’. This creates a shockwave – a bit like a thunderclap multiplied by many orders of magnitude, which is the beginning of the supernova explosion. The shock wave blows out the surrounding layers of the star – although as soon as this material expands outwards it also begins cooling. So, it’s unclear if r-process nucleosynthesis happens at this point.

But the collapsed iron core isn’t finished yet. The energy generated as the core compressed inwards disintegrates many iron nuclei into helium nuclei and neutrons. Furthermore, electrons begin to combine with protons to form neutrons so that the star’s core, after that initial bounce, settles into a new ground state of compressed neutrons – essentially a proto-neutron star. It is able to ‘settle’ due to the release of a huge burst of neutrinos which carries heat away from the core.

It’s this neutrino wind burst that drives the rest of the explosion. It catches up with, and slams into, the already blown-out ejecta of the progenitor star’s outer layers, reheating this material and adding momentum to it. Researchers (below) have proposed that it is this neutrino wind impact event (the ‘reverse shock’) that is the location of the r-process.

It’s thought that the r-process is probably over within a couple of seconds, but it could still take an hour or more before the supersonic explosion front bursts through the surface of the star, delivering some fresh contributions to the periodic table.

And, for historical context, the seminal paper on the subject (also known as the B 2 FH paper) E. M. Burbidge, G. R. Burbidge, W. A. Fowler, and F. Hoyle. (1957). Synthesis of the Elements in Stars. Rev Mod Phy 29 (4): 547. (Before this nearly everyone thought all the elements formed in the Big Bang – well, everyone except Fred Hoyle anyway).


The banality of danger

In listening to these talks I was struck by how mundane the sources of these dangers were when it comes to day-to-day life. Unlike nuclear war or some lone terrorist building a super-virus (threats that Sir Martin Rees eloquently spoke of), when it comes to the climate crisis and an emerging surveillance culture, we are collectively doing it to ourselves through our own innocent individual actions. It's not like some alien threat has arrived and will use a mega-laser to drive the Earth's climate into a new and dangerous state. Nope, it's just us — flying around, using plastic bottles, and keeping our houses toasty in the winter. And it's not like soldiers in black body armor arrive at our doors and force us to install a listening device that tracks our activities. Nope, we willingly set them up on the kitchen counter because they are so dang convenient. These threats to our existence or to our freedoms are things that we are doing just by living our lives in the cultural systems we were born into. And it would take considerable effort to untangle ourselves from these systems.

So, what's next then? Are we simply doomed because we can't collectively figure out how to build and live with something different? Non lo so. It's possible that we are doomed. But I did find hope in the talk given by the great (and my favorite) science fiction writer Kim Stanley Robinson. He pointed to how different eras have different "structures of feeling," which is the cognitive and emotional background of an age. Robinson looked at some positive changes that emerged in the wake of the COVID pandemic, including a renewed sense that most of us recognize that we're all in this together. Perhaps, he said, the structure of feeling in our own age is about to change.



Commenti:

  1. Illias

    Sì, tutto può essere

  2. Grioghar

    Duro :) dobbiamo usare questo post per guadagno personale. Necessariamente!

  3. Freeman

    Bravo, penso che questa sia l'idea geniale

  4. Abdul-Azim

    Hai torto. Propongo di discuterne.



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