Il destino delle stelle dipende dal sapore dei neutrini

Il destino di una stella massiccia, al termine della sua vita, potrebbe dipendere non solo dalla sua massa, ma anche dal comportamento dei neutrini. Un nuovo studio, condotto da ricercatori del Niels Bohr Institute di Copenaghen, ha dimostrato che il cambiamento di “sapore” dei neutrini – un fenomeno fisico noto da tempo – potrebbe influenzare se una stella esploda come supernova o collassi direttamente in un buco nero. Questo risultato, pubblicato su Physical Review D, apre nuove prospettive nella comprensione dei meccanismi che regolano l’evoluzione stellare e le esplosioni cosmiche.

La fisica dei neutrini e il loro ruolo nella supernova

I neutrini, particelle elementari leggerissime e poco interagenti con la materia, possono cambiare “sapore” – un termine usato per indicare il loro tipo – durante il loro viaggio attraverso l’universo. Questo processo, noto come oscillazione di sapore, ha implicazioni significative per la fisica delle particelle e, come ha dimostrato il lavoro di Irene Tamborra e Mariam Gogilashvili, potrebbe anche determinare il destino di una stella massiccia. Secondo i ricercatori, il numero e il comportamento dei neutrini elettronici e antineutrini elettronici all’interno del nucleo della stella potrebbero influenzare se si verifichi un’esplosione di supernova o un collasso in un buco nero.

Il meccanismo principale che innesca l’esplosione di una supernova, noto come “delayed neutrino-driven explosion mechanism”, si basa sull’emissione di neutrini e antineutrini elettronici nel nucleo della stella. Questi neutrini, pur interagendo debolmente con la materia, possono riscaldare il gas e generare un’onda d’urto che espelle la materia esterna. Tuttavia, il numero e la distribuzione dei neutrini e antineutrini elettronici potrebbero variare a causa delle oscillazioni di sapore, alterando il destino della stella.

Il cambiamento di sapore dei neutrini potrebbe essere determinante nel processo di esplosione di una supernova.

Un’alternativa al modello tradizionale

Finora si riteneva che la massa della stella fosse il fattore principale che determinava il suo destino. Tuttavia, negli ultimi anni, grazie a modelli più sofisticati, si è scoperto che esistono “islands of explodability” – aree di massa in cui le stelle potrebbero esplodere come supernove anche se superano la soglia di 40 masse solari. Il lavoro di Tamborra e Gogilashvili ha rivelato che il cambiamento di sapore dei neutrini potrebbe essere un fattore chiave in questo processo. I neutrini, infatti, interagiscono con la materia in modo diverso a seconda del loro sapore, e questa differenza potrebbe influenzare l’energia e la dinamica dell’esplosione.

La materia nel nucleo della stella diventa così densa da respingere la materia che sta precipitando dall’esterno, creando un’onda d’urto che si propaga verso l’esterno. Quest’onda d’urto però tende a perdere energia mentre si propaga, fino ad esaurirla completamente. E qui possono succedere due cose: o interviene un altro processo, che fornisce nuova energia, fa riprendere vigore all’onda d’urto e innesca l’esplosione della supernova, oppure il collasso diventa inarrestabile e si forma un buco nero.

La fisica dei neutrini potrebbe contribuire a risolvere il problema del “supernova rate”.

I ricercatori sottolineano che i modelli attuali non tengono conto della proprietà dei neutrini di cambiare sapore, a causa della sua complessità e del fatto che fino a poco tempo fa si riteneva non fosse rilevante per comprendere le esplosioni di supernove. Il lavoro ha dimostrato che il cambiamento di sapore dei neutrini può essere determinante nel processo di esplosione di una supernova, aumentando la probabilità che si formi un buco nero. Questo potrebbe anche influenzare la produzione di elementi pesanti e la fusione delle stelle di neutroni, modificando il colore della kilonova osservata.