Una bomba termonucleare tra le stelle

Alcune stelle morte potrebbero ospitare abbastanza uranio da far partire una bomba termonucleare

Una bomba termonucleare potrebbe ticchettare in profondità nei nuclei di alcune stelle morte. Un nuovo studio teorico traccia come alcuni carcasse stellari, note come nane bianche, potrebbero accumulare una massa critica di uranio tale che innescherebbe una massiccia esplosione di una supernova.

I risultati potrebbero fornire approfondimenti su come si distruggono le nane bianche, che sono responsabili della creazione di elementi pesanti come ferro e nichel. Le supernovae nane bianche illuminano l’ambiente circostante con la potenza pari a 5 miliardi di Soli e gli astronomi le hanno usate come “candele standard” per misurare vaste distanze attraverso il cosmo. Ma tali esplosioni non sono ancora del tutto comprese e il nuovo studio potrebbe tenere conto di alcune osservazioni anomale di questo tipo di supernovae.

“È un risultato divertente” dice l’astrofisico Pier-Emmanuel Tremblay dell’Università di Warwick, che non è stato coinvolto nel lavoro.

Alla fine della loro vita, le stelle fino a 10 volte più massicce del nostro Sole si gonfiano e perdono i loro strati esterni. Questo lascia dietro di sé un nucleo dalle dimensioni della Terra, composto quasi interamente da nuclei atomici nudi ed elettroni liberi.

Le nane bianche

Alcune proprietà meccaniche quantistiche degli elettroni impediscono loro di essere ulteriormente schiacciati insieme, permettendo loro di tenere in piedi un’entità densa. Questo oggetto residuo, chiamato nana bianca, inizia a raffreddarsi, congelandosi in un gigantesco cristallo solido nel corso di miliardi di anni.

Gli elementi più pesanti si congelano per primi, sistemandosi come sedimenti al centro della stella morta. Questo ha fatto chiedere al fisico teorico Matt Caplan dell’Illinois State University e ai suoi colleghi: L’uranio, uno degli elementi più pesanti della tavola periodica, potrebbe accumularsi all’interno di una nana bianca?

Uranio-235

L’uranio-235, un raro isotopo dell’elemento, può dividersi spontaneamente, rilasciando neutroni ed energia. Se c’è una massa critica dell’isotopo nelle vicinanze, i neutroni colpiscono altri nuclei di uranio-235 in una reazione a catena che porta inevitabilmente ad una violenta esplosione.

“È un’idea folle”, ammette Caplan. “È stato un gruppo di fisici teorici annoiati durante la pandemia, a pensare a questo strano problema.”

Le nane bianche sono principalmente carbonio e ossigeno; solo una parte per trilione è di uranio. Tuttavia Caplan e il suo co-autore, l’astrofisico nucleare Chuck Horowitz dell’Università dell’Indiana, hanno calcolato che il granello di fiocchi di sabbia contenenti uranio, torio e piombo potrebbe precipitare nei primi cento milioni di anni, quando una nana bianca si raffredda.

Le concentrazioni di uranio-235 all’interno di questi cristalli sarebbero allarmanti. “Improvvisamente invece di essere uno su mille miliardi di nuclei, ne hai uno su 10”, dice Caplan. “E questo significa che potrebbe essere una bomba.”

Se l’uranio raggiungesse la massa critica, esploderebbe spontaneamente e accenderebbe le riserve di carbonio e ossigeno della nana bianca. Causando di conseguenza un’esplosione di supernova catastrofica. I risultati sono apparsi sul server di arXiv questo mese e sono stati accettati per la pubblicazione in Physical Review Letters.

Tuttavia, non si sa molto sulla composizione interna delle nane bianche. Quindi non è chiaro se contengano abbastanza uranio-235 per innescare un’esplosione, dice Tremblay.

“Penso che la fisica sia molto interessante”, dice, “Ma dobbiamo chiederci se questo è successo o succederà.”

Fonte: Science AAAS [link qui]