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 Irene Tamborra 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 l’esplosione di supernove.

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 team di ricerca, anche per la dinamica delle stelle massicce. Secondo il lavoro di Tamborra e Mariam Gogilashvili, il cambiamento di sapore dei neutrini può influenzare il destino di una stella, determinando se si verifichi un’esplosione di supernova o un collasso in un buco nero.

La ricerca ha evidenziato che i neutrini elettronici e le loro antiparticelle, prodotti nel nucleo di una stella in fase di collasso, possono interagire con la materia e con altri neutrini, modificando il loro sapore. Questo fenomeno, che prima era considerato marginale, ha dimostrato di essere cruciale per il meccanismo che innesca l’esplosione. In particolare, i modelli attuali di collasso stellare non avevano tenuto conto di questa proprietà, a causa della sua complessità e della convinzione che non fosse rilevante per comprendere le supernove.

Un’alternativa al bivio della massa

Per anni si riteneva che la massa della stella fosse il fattore principale che determinava il suo destino: stelle con massa superiore a otto volte quella del Sole avrebbero esploduto come supernove, mentre quelle con massa maggiore di 40 masse solari si sarebbero collassate direttamente in buchi neri. Tuttavia, negli ultimi anni, grazie a modelli più sofisticati, si è scoperto che non esiste un vero e proprio “bivio” stabilito dalla massa, ma esistono le cosiddette “islands of explodability” – aree nella distribuzione di massa delle stelle, tra 8 e 125 masse solari, in cui si potrebbe verificare un’esplosione di supernova.

Il lavoro di Tamborra e Gogilashvili ha rivelato che il cambiamento di sapore dei neutrini può influenzare il destino di una stella anche al di fuori di queste aree. In particolare, i neutrini che cambiano sapore all’interno dell’onda d’urto generata dal collasso possono alterare il meccanismo che innesca l’esplosione, aumentando la probabilità che si formi un buco nero. Questo risultato ha implicazioni significative per la comprensione del “supernova rate”, ovvero il numero di supernove osservate rispetto a quelle previste teoricamente.

La ricerca ha anche evidenziato che la fisica associata ai neutrini potrebbe influenzare la produzione di elementi pesanti, come quelli più pesanti del ferro, e la fusione delle stelle di neutroni, contribuendo al colore delle kilonove osservate. Questi aspetti, che vanno oltre il semplice destino della stella, aprono nuove prospettive per la comprensione dell’universo e dei processi che lo governano. Per confermare i risultati, i ricercatori chiedono di sviluppare modelli più accurati e di collaborare con gli astronomi per trovare un riscontro osservativo nei messaggeri cosmici, come neutrini, onde gravitazionali e fotoni, che vengono rilevati sulla Terra. La ricerca, se confermata, potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dei meccanismi che regolano l’evoluzione stellare e l’esplosione di supernove.