L’antimateria e le prime firme biologiche di una supernova

The remarkable remains of a recent supernova

La Supernova G1.9 +0.3. (Photocredit: X-ray/NASA/CXC/NCSU/K.Borkowski et alii. – Ottico: DSS).

Gli astronomi stimano che, in media, nella nostra galassia una stella esplode come supernova circa due volte ogni secolo. Nel 2008 un team di ricercatori ha annunciato la scoperta dei resti di una supernova nella Via Lattea. L’esplosione sarebbe stata visibile dalla Terra poco più di un centinaio di anni fa, se non fosse stata fortemente oscurata dalla presenza di polveri e gas. Il corpo celeste si trovava a circa 28.000 anni luce dalla Terra, vicino al centro della Via Lattea.

Una lunga osservazione (di circa 11 giorni) sui detriti di questo evento con il Chandra X-ray Observatory della NASA sta fornendo nuovi dettagli su questo importante evento. L’articolo che descrive questi risultati è disponibile online ed è stato pubblicato nel primo numero di luglio nella rivista The Astrophysical Journal Letters

La supernova è ora nota come G1.9 +0.3. Probabilmente si trattava di una nana bianca che ha subito una detonazione termonucleare ed è stata distrutta dopo la fusione con un’altra nana bianca, inglobando materiale da una stella compagna orbitante. In questo caso abbiamo a che fare con una particolare classe di esplosioni di supernova (nota come tipo Ia) che, di solito, in cosmologia vengono utilizzate come indicatori di distanza in quando sono dotate di una luminosità tanto eccezionale quanto continua.

I dati di Chandra confermano che la maggior parte delle emissioni di raggi X è costituita dalla cosiddetta radiazione di sincrotone prodotta da elettroni estremamente energetici accelerati a causa di un’onda d’urto in rapida espansione proveniente dalla supernova. Questa emissione fornisce informazioni proprio sull’origine dei raggi cosmici- particelle energetiche che colpiscono continuamente l’atmosfera terrestre – ma non molte informazioni sulla natura delle supernove di tipo Ia. Sappiamo che nell’esplosione sono stati espulsi detriti stellari a velocità elevate, creando il resto di supernova che Chandra e gli altri telescopi possono oggi vedere. La nuova immagine che vedete in apertura è ottenuta grazie ai dati di Chandra – i raggi X a bassa energia sono di colore rosso, energie intermedie sono verdi e quelli ad alta energia sono blu (sono riportati anche i dati ottici ottenuti grazie al Digitized Sky Survey, in bianco). I nuovi dati di Chandra, ottenuti dal 2011 in poi, rivelano che G1.9 +0.3 ha diverse proprietà notevoli.

Mentre la maggior parte dei resti di tipo Ia sono simmetrici per forma, con detriti distribuiti uniformemente in tutte le direzioni, in G1.9 +0.3 sono disposti un modello estremamente asimmetrico. Un’altra caratteristica eccezionale di questo residuo è che il ferro, che di norma dovrebbe muoversi lentamente ed essere confinato nel nucleo, si trova lontano dal centro stellare e si muove a velocità estremamente elevate di oltre 3,8 milioni di chilometri all’ora.  A causa della distribuzione non uniforme dei detriti e delle loro velocità estreme, i ricercatori hanno concluso che anche la nana bianca originaria doveva avere caratteristiche del tutto peculiari: l’esplosione stessa deve essere stata altamente non uniforme e straordinariamente energetica.

Confrontando tutte queste peculiarità del residuo dell’esplosione con in modelli teorici attualmente in uso i ricercatori hanno concluso che in G1.9 +0.3 deve esserci stato un ritardo nella detonazione. L’esplosione sarebbe dunque avvenuta in due fasi differenti: le prime reazioni nucleari sarebbero avvenute in un fronte d’onda a lenta espansione, producendo elementi come il ferro. L’energia derivante da queste reazioni avrebbe causato l’espansione della stella, cambiandone conseguentemente la densità e permettendo una detonazione successiva molto più veloce. Ecco spiegata l’asimmetria nei residui.

G1.9 +0.3 costituisce un punto di osservazione privilegiato sull’esplosione di una giovane stella e sui cambiamenti guidati dal decadimento radioattivo degli elementi espulsi. Uno degli aspetti più interessanti coinvolge l’antimateria: dovrebbe essersene formata una grande quantità dopo l’esplosione causata dal decadimento radioattivo del cobalto. Sulla base della massa stimata di ferro, che si forma dal decadimento radioattivo che porta il nickel a diventare prima cobalto e poi ferro, dovrebbero essere state prodotte ingenti quantità di positroni, oltre un centinaio di milioni di trilioni di Kg (cioè dieci elevato alla potenza dei venti). Se, come è probabile, quasi tutti questi positroni si sono annichilati incontrando elettroni, non è rimasta nessuna firma della presenza dell’antimateria.

Immagine composita di Cassiopea A. (Photocredit: NASA/JPL-Caltech/STScI/CXC/SAO).

Veniamo alla firma biologica. Al 2004 risale la prima scoperta di materiale espulso durante un’esplosione di supernova: si tratta di depositi di ferromanganese nell’Oceano Pacifico. Utilizzando le stime di decadimento del ferro-60 (un isotopo radioattivo), gli scienziati hanno datato l’evento (a 2,8 milioni di anni fa) e misurato la distanza a cui avvenne l’esplosione a 10 parsec dal Sole (1 parsec = 3.08567758 × 1016 metri). Questo per quanto concerne la materia inanimata.

Il 14 Aprile del 2013, durante l’incontro dell’American Physical Society, il Prof. Shawn Bishop ha annunciato di aver trovato tracce di ferro-60 nei resti fossili di un batterio comune: siamo di fronte alla prima firma biologica dell’esplosione di una antica stella, confermata anche dall’esame dello spettrometro di massa. Concentrazioni di ferro si trovano nei cosiddetti batteri magnetotattici, una classe di organismi che popolano le zone dell’Oceano più ricche di ossigeno. Noti dal 1960, hanno la peculiarità di disporsi lungo il campo magnetico della Terra; incorporando cristalli di magnetite (Fe3O4) hanno la forma di lunghe catene che contengono organelli specializzati nel captare il campo magnetico, i magnetosomi.

Il ferro-60 è un orologio ideale per la datazione di depositi molto antichi: ha un tempo di dimezzamento di 2,6 milioni di anni e decade nel cobalto-60. Non essendo il risultato di nessun processo che avviene sulla Terra, Shawn Bishop ha ipotizzato che potesse avere un’origine extraterrestre. Le concentrazioni di ferro suggeriscono che l’esplosione è avvenuta nell’Aggregato Scorpione-Centauro che si trova a 424 anni luce dal Sole. Nei magnetofossili abbiamo la prima firma di un’antica supernova. (Articolo originariamente comparso nel luglio del 2013 su cyberscienza.it, portale che tra qualche mese non sarà più online).

Papers di riferimento:

S. Bishop, R. Egli, Discovery prospects for a supernova signature of biogenic origin, in “Icarus”, 2012/2 (2011): 960–962.

K. Knie et alii., Fe Anomaly in a Deep-Sea Manganese Crust and Implications for a Nearby Supernova Source, in “Physical Review Letters”, 93, 171103 (2004).

N. Benitez et alii., Evidence for Nearby Supernova Explosionsin “Physical Review Letters”, 88, 081101 (2002).

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