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 in cui queste particelle elementari passano da una forma all’altra – potrebbe influenzare se una stella esploda come supernova o collassi in un buco nero. Questo risultato, pubblicato su Physical Review D, apre nuove prospettive nella comprensione dei meccanismi che regolano le esplosioni stellari e la formazione di oggetti celesti estremamente densi.

La fisica dei neutrini e il loro ruolo nella supernova

I neutrini, particelle leggerissime e poco interagenti con la materia, esistono in tre “sapori” – elettronico, muonico e tauonico – e possono cambiare sapore mentre si propagano nell’universo. Questo processo, chiamato “conversione di sapore”, ha un impatto significativo sulle dinamiche delle stelle massicce. Secondo il lavoro di Irene Tamborra e Mariam Gogilashvili, il cambiamento di sapore dei neutrini potrebbe determinare se una stella si trasformi in una supernova o in un buco nero. La ricerca ha evidenziato che, nel nucleo di una stella in fase di collasso, i neutrini elettronici e le loro antiparticelle interagiscono con la materia circostante, generando un’onda d’urto che potrebbe innescare l’esplosione. Tuttavia, il numero e la distribuzione di neutrini e antineutrini elettronici, che possono variare a causa del loro cambiamento di sapore, giocano un ruolo cruciale nel determinare il destino della stella. Questo fenomeno, fino a poco tempo fa trascurato nei modelli di collasso stellare, è ora riconosciuto come un fattore chiave.

Il cambiamento di sapore dei neutrini potrebbe influenzare la probabilità di formazione di un buco nero.

Un’alternativa al bivio della massa

Per anni si riteneva che la massa della stella fosse il parametro principale per prevedere se si trattasse di una supernova o di un buco nero. Tuttavia, i nuovi modelli sviluppati dai ricercatori hanno rivelato che esistono “islands of explodability” – aree nella distribuzione di massa delle stelle, tra 8 e 125 masse solari – in cui le condizioni sono favorevoli all’esplosione. Questo significa che anche stelle più massicce di 40 masse solari potrebbero esplodere come supernove, mentre stelle meno massicce potrebbero collassare in buchi neri.

Il cambiamento di sapore dei neutrini, che avviene nel nucleo della stella durante l’esplosione, potrebbe influenzare la probabilità di formazione di un buco nero. I ricercatori hanno dimostrato che, se i neutrini cambiano sapore all’interno dell’onda d’urto, è più probabile che si formi un buco nero rispetto a una stella di neutroni. Questo risultato potrebbe contribuire a risolvere il problema del “supernova rate”, ossia la discrepanza tra il numero di supernove osservate e quelle previste teoricamente.

La fisica dei neutrini potrebbe spiegare il colore della kilonova e la formazione di elementi pesanti.

La fisica associata ai neutrini non si limita a determinare il destino delle stelle, ma potrebbe anche influenzare la formazione di elementi pesanti e la fusione delle stelle di neutroni. I neutrini di sapore diverso interagiscono in modo diverso con la materia, generando osservabili distinti. Questo potrebbe spiegare il colore della kilonova, l’evento luminoso che segue la fusione di due stelle di neutroni.

Il lavoro di Tamborra e Gogilashvili ha anche suggerito che il cambiamento di sapore dei neutrini potrebbe alleviare il problema delle supergiganti rosse, stelle che, secondo i modelli teorici, dovrebbero esplodere come supernove ma sono state osservate con massa inferiore a 16-18 masse solari. La ricerca indica che il processo di conversione di sapore potrebbe favorire la formazione di stelle di neutroni più leggere, in linea con le misurazioni recenti. Nonostante i risultati siano promettenti, i ricercatori riconoscono che i modelli attuali sono limitati dalla potenza di calcolo necessaria per simulare con precisione i processi fisici coinvolti. Per confermare le teorie, è necessario un lavoro collaborativo tra fisici e astronomi, in modo da trovare un riscontro osservativo nei segnali dei messaggeri cosmici che arrivano sulla Terra.