Nel settembre 2021 gli astronomi hanno osservato un fenomeno senza precedenti: la supernova SN 2021yfj, scoperta dalla Zwicky Transient Facility (ZTF), ha permesso di scrutare direttamente gli strati più interni di una stella massiccia al termine della sua vita. Lo studio, pubblicato questa settimana su Nature, segna una svolta fondamentale nello studio dell’evoluzione stellare. Per decenni, i modelli teorici hanno descritto le stelle massicce come strutturate in gusci concentrici: idrogeno all’esterno, poi elio, carbonio e ossigeno, fino agli strati più interni ricchi di silicio e zolfo, che precedono la formazione del ferro e il collasso finale. Tuttavia, l’osservazione diretta di questi strati era rimasta fuori portata, poiché le esplosioni di supernova tendono a mescolare gli elementi.
La scoperta: un guscio ricco di silicio e zolfo
La supernova SN 2021yfj ha mostrato fin da subito caratteristiche insolite. Gli spettroscopi del telescopio Keck hanno rilevato, già a un giorno dalla scoperta, linee di emissione di silicio (Si), zolfo (S) e argon (Ar), mai osservate prima in una supernova. Gli scienziati hanno identificato una spessa conchiglia di Si e S, espulsa poco prima dell’esplosione. Questa evidenza diretta dimostra che la stella progenitrice era stata spogliata fino ai suoi strati interni, confermando le previsioni teoriche.
Tuttavia, un dettaglio sorprendente ha complicato il quadro: la presenza di elio nelle osservazioni. Secondo i modelli, questo elemento dovrebbe essere consumato nelle fasi precedenti, e la sua sopravvivenza indica che meccanismi insoliti di perdita di massa o interazioni binarie potrebbero aver avuto un ruolo.
Implicazioni per l’astrofisica
Gli autori dello studio, guidati da Steve Schulze e colleghi, propongono che SN 2021yfj rappresenti il primo esempio di una nuova classe di supernovae, denominata Tipo Ien, distinta dalle note supernovae Ibn (ricche di elio) e Icn (ricche di carbonio e ossigeno). Le simulazioni numeriche suggeriscono che il progenitore potesse avere una massa iniziale superiore a 70 masse solari, con una perdita di materia estrema legata a fenomeni come l’instabilità di coppia pulsazionale. Questo processo, raro e violento, potrebbe aver espulso gusci multipli di materiale poco prima dell’esplosione finale.
La rilevazione di elio, tuttavia, rimane inspiegata: potrebbe derivare dall’interazione con un compagno binario ricco di elio o da una geometria asimmetrica del materiale circumstellare.
Una finestra rara e preziosa sulla morte delle stelle
Secondo Anya Nugent e Peter Nugent, che commentano la scoperta in News & Views, SN 2021yfj fornisce una conferma diretta della struttura a gusci delle stelle massive, “fino agli strati ricchi di silicio e zolfo”, ma allo stesso tempo solleva nuovi enigmi su come le stelle perdano massa nelle fasi finali. Il tasso di eventi simili sembra estremamente basso: analisi statistiche indicano che supernovae di questo tipo rappresentano meno di un millesimo delle supernovae Ib/c osservate. Ciò spiega perché, fino a oggi, nessun’altra esplosione avesse mostrato in modo così evidente gli strati interni di una stella morente.
Prospettive future
La scoperta di SN 2021yfj apre la strada a nuove ricerche. Le future survey ad alta cadenza, come il Legacy Survey of Space and Time del Vera C. Rubin Observatory, potrebbero rivelare ulteriori casi di questo genere, permettendo di studiare in modo sistematico i processi che guidano le fasi terminali delle stelle massicce. L’osservazione diretta del guscio di silicio e zolfo non solo arricchisce la nostra comprensione della nucleosintesi stellare, ma offre anche indizi preziosi sulla formazione di elementi fondamentali per la vita e sull’evoluzione chimica del cosmo.
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