Il modello di un buco nero rivela un collasso stellare senza esplosione

Un team di scienziati che comprende anche il capo ricercatore Ilya Mandel del ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) presso la Monash University, ha recentemente studiato cosa succede alle stelle in rotazione quando raggiungono la fine della loro esistenza.
Le stelle producono energia attraverso la fusione di elementi leggeri come idrogeno ed elio in elementi più pesanti come carbonio, ossigeno, fino ad arrivare al ferro. I processi di fusione avvengono nei nuclei stellari densi e caldissimi, con temperature dell’ordine dei milioni di gradi.
L’energia prodotta dalla fusione nucleare genera una pressione che contrasta la forza di gravità generata dalla stella che tende a comprimerla mantenendola così in equilibrio. Finché la stella ha “carburante nucleare” il suo equilibrio è assicurato ma una volta esauriti i processi di fusione, la stella collassa su se stessa e da quel momento in poi il suo destino è irrimediabilmente segnato.
Il processo di fusione si ferma al ferro. Quando si arriva al ferro (con temperature di miliardi di gradi) la sequenza si ferma. Per fondere il ferro è necessario dare energia che ovviamente non c’è. In questo caso la fusione al centro della stella tende a fermarsi. Dal nucleo stellare manca la spinta generata dall’emissione di calore che contrasta la massa della stella che tende a collassare verso il centro. A questo punto, la massa della stella non più compensata dalla spinta proveniente dal nucleo, implode.
Il nucleo di una stella di ferro si contrae sotto la spinta della gravità, creando una stella di neutroni o, se è abbastanza pesante, un buco nero.
Nel frattempo, gli strati esterni della stella esplodono in un lampo brillante, osservabile come una supernova. Tuttavia, alcune stelle enormi sembrano scomparire completamente senza alcuna esplosione. Le teorie suggeriscono che queste enormi stelle crollano completamente in buchi neri, come è possibile?
Una squadra guidata da Ariadna Murguia-Berthier, Ph.D. candidato all’università della California di Santa Cruz, che ha coinvolto Ilya Mandel, ha deciso di rispondere a questa domanda. Erano particolarmente interessati a capire se una stella rotante possa collassare in un buco nero.
Nel loro articolo presentato a Astrophysical Journal Letters, descrivono una serie di simulazioni che indagano sul collasso di una nuvola di gas rotante in un buco nero. Hanno scoperto che se il gas sta ruotando inizialmente in maniera troppo rapida, non può collassare in modo efficiente; il gas si blocca in una forma simile a una ciambella attorno all’equatore del buco nero.
Il team ha ipotizzato che il calore generato dalla caduta del gas che sbatte contro questa ciambella di gas rotante scioglierà gli strati esterni della stella e creerà un’esplosione simile a una supernova.
Si è anche scoperto che una piccola percentuale di tutte le stelle ruota abbastanza lentamente, al di sotto della soglia per questo stallo del gas, e può, in effetti, collassare in maniera tranquilla in un buco nero.
“È molto eccitante riunire relatività generale, sofisticate tecniche computazionali, modelli stellari e le ultime osservazioni per esplorare la formazione di buchi neri da stelle massicce“, ha spiegato Mandel.
Fonte: https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205