Un team di ricerca internazionale ha scoperto che i buchi neri primordiali potrebbero innescare l’esplosione di supernove di tipo Ia nelle nane bianche. Queste esplosioni insolite potrebbero anche contribuire a spiegare uno schema di abbondanza chimica osservato tra le stelle della Via Lattea, secondo un recente studio pubblicato su The Astrophysical Journal .
I buchi neri primordiali (PBH) sono ipotetici resti dei primissimi istanti dell’universo. Gli scienziati ritengono che possano essersi formati durante l’inflazione cosmica, quando la rapida espansione ha amplificato le piccole fluttuazioni nella distribuzione della materia.
Questi buchi neri sono stati proposti come possibili candidati per la materia oscura, la sostanza invisibile che si ritiene costituisca circa il 90% di tutta la materia dell’Universo in termini di massa. Sebbene la materia oscura non possa essere vista direttamente, i suoi effetti gravitazionali possono essere rilevati nelle galassie e in tutto il cosmo.
I buchi neri primordiali potrebbero attraversare le stelle mentre si muovono nell’universo. Precedenti ricerche hanno suggerito che, se un buco nero attraversasse una nana bianca, la sua gravità potrebbe creare potenti forze mareali al suo interno. Queste forze potrebbero destabilizzare la nana bianca e causarne l’esplosione come supernova di tipo Ia (SN Ia).
Una nana bianca è il denso residuo stellare che rimane dopo che una stella di piccola massa esaurisce il suo combustibile. Le supernove di tipo Ia sono esplosioni estremamente luminose che si ritiene si verifichino generalmente quando una nana bianca diventa instabile e subisce una reazione termonucleare incontrollata.
Test di un nuovo percorso verso le supernove di tipo Ia
La ricerca è stata condotta da Shing-Chi Leung, professore assistente presso il SUNY Polytechnic Institute e ricercatore associato ospite presso il Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) dell’Università di Tokyo. Del team facevano parte anche Ken’ichi Nomoto, ricercatore senior ospite presso il Kavli IPMU, e Alexander Kusenko, ricercatore senior presso lo stesso istituto.
Gli scienziati hanno studiato il movimento, la luminosità e le proprietà chimiche delle supernove prodotte attraverso questo canale di esplosione proposto, innescato da un buco nero primordiale.
In un precedente articolo pubblicato nel 2025, il team aveva dimostrato che le esplosioni innescate da buchi neri primordiali (PBH) potevano produrre supernove di tipo Ia con proprietà molto simili a quelle generate dai modelli standard di supernova di tipo Ia.
Confronto tra modelli e supernove reali
Per il nuovo studio, i ricercatori hanno confrontato i loro modelli con diversi resti di supernova ben noti (Tycho, Kepler, 3C 397), supernovae vicine (ad esempio, SN 2011fe, SN 2012cg) e le abbondanze chimiche delle stelle della Via Lattea.
I loro risultati hanno dimostrato che le supernove di tipo Ia innescate da buchi neri primordiali (PBH) potrebbero riprodurre diverse caratteristiche osservate in queste supernove e nei loro resti.
I ricercatori hanno esaminato isotopi radioattivi come Ni-56, Ni-57 ed elementi stabili come Mn e Ni. Queste impronte chimiche hanno permesso loro di stimare le masse e le metallicità delle stelle che hanno prodotto le esplosioni.
La metallicità (la quantità di metallo presente al momento della formazione di una stella, che permette di stabilire l’epoca in cui è nata nell’era cosmica) può fornire indizi su quando si è formata una stella e sulle condizioni chimiche che esistevano in quel preciso momento della storia dell’universo. In astronomia, i metalli sono elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio.
I buchi neri primordiali potrebbero plasmare la chimica galattica
Il team ha inoltre utilizzato modelli di supernova per esplorare come questo meccanismo di esplosione potrebbe contribuire all’arricchimento chimico galattico. Le supernovae rilasciano nello spazio elementi di nuova formazione, che possono poi entrare a far parte di nuove stelle e pianeti.
L’analisi ha indicato che una frazione non nulla di supernovae di tipo Ia innescate da buchi neri primordiali potrebbe essere necessaria per spiegare l’andamento dell’abbondanza chimica osservato nelle stelle della Via Lattea. Ciò suggerisce che i buchi neri primordiali potrebbero aver influenzato l’evoluzione chimica della nostra galassia attraverso le esplosioni stellari che hanno innescato.
“Il nostro lavoro suggerisce che alcune supernove che osserviamo nel cielo potrebbero essere il risultato di buchi neri primordiali. Pertanto, anche se non possiamo osservare direttamente queste entità sfuggenti, esse lasciano in natura molti indizi interessanti che ci permettono di indagarne le proprietà”, ha affermato Leung.
I ricercatori intendono ampliare la loro indagine studiando come le esplosioni innescate dai buchi neri primordiali potrebbero influenzare la popolazione complessiva di supernove convenzionali e i tassi combinati di questi eventi cosmici brevi ma potenti.
Abstract
La classe di buchi neri primordiali (PBH) con massa asteroidale è uno dei candidati per la materia oscura nell’Universo. Con una massa compresa tra 4 × 10 −17 < M PBH < 4 × 10 −12 M⊙ , potrebbero essere la componente principale della materia oscura nel bilancio di massa cosmica. L’intrusione di questi buchi neri primordiali (PBH) in una nana bianca potrebbe essere uno dei meccanismi di innesco delle supernove di tipo Ia (SN Ia). In un lavoro precedente, abbiamo studiato l’innesco, la dinamica dell’esplosione, il trasferimento radiativo e la nucleosintesi post-esplosione delle SN Ia innescate da PBH. La diversità dei modelli di esplosione può essere conciliata con la relazione empirica di Phillips. In questo lavoro, abbiamo sviluppato modelli di SN Ia innescate da PBH in varie metallicità. Mostriamo che i modelli di questo canale possono spiegare alcune curve di luce di SN Ia e resti di supernova osservati di recente. Indaghiamo ulteriormente su come queste supernove potrebbero influenzare l’evoluzione chimica su scala galattica aggiungendo i nuovi modelli di SN Ia come nuova sorgente chimica. Esaminiamo come le tendenze chimiche osservate delle stelle possono portare a vincoli sulla frazione di questo canale di esplosione rispetto al canale canonico delle stelle binarie. I nostri modelli suggeriscono che il PBH possa essere uno dei principali canali di generazione di supernove di tipo Ia nell’universo primordiale. Includiamo anche uno studio comparativo per estrarre gli effetti dei parametri delle supernove di tipo Ia innescate dal PBH sulle effettive tendenze chimiche nel modello di evoluzione chimica galattica.
Materiale fornito dal Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Shing-Chi Leung, Seth Walther, Alexander Kusenko, Ken’ichi Nomoto, Tomoharu Suzuki. Primordial Black Hole Triggered Type Ia Supernovae. II. Comparison with Supernova Remnants and Galactic Chemical Evolution. The Astrophysical Journal, 2026; 1004 (2): 202 DOI: 10.3847/1538-4357/ae6db7
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