Le Supernovae

LE SUPERNOVAE

Per non disorientare il lettore, cominciamo col dire che cosa è una Supernova. Una Supernova rappresenta la fine catastrofica di una stella già esistente. Le Supernovae sono caratterizzate da un repentino aumento della sua luminosità; addirittura oltre un miliardo di volte la luminosità del Sole. Con il tempo, la intensa luminosità che la caratterizza, diminuisce gradualmente. Vediamo ora cosa accade al una stella perché diventi una Supernova. Abbiamo detto che una Supernova è una stella che esplode. L’esplosione di Supernova rappresenta l’ultimo atto, distruttivo e spettacolare, del ciclo evolutivo di stelle molto massive. Durante l’esplosione viene liberata un’energia enorme e la stella diventa così luminosa da splendere più di una intera galassia (Fig.1) La luce emessa dalla stella in seguito all’esplosione dura qualche mese ed è paragonabile a quella che il nostro Sole è in grado di emettere in un miliardo di anni! Tuttavia facciamo un distinguo: esistono due tipi di Supernovae, che differiscono per il meccanismo di esplosione e per i trascorsi, ovvero il tipo di stelle da cui si origina l’esplosione. Per cui, le Supernovae di tipo I non si originano da stelle singole ma da sistemi binari, costituiti da due stelle vicine che ruotano intorno ad un centro di gravità comune. I sistemi binari che possono dar luogo a una Supernova di tipo I sono quelli costituiti da una stella nana bianca fatta di carbonio e ossigeno e da una stella compagna. La materia di cui è composta la nana bianca, a causa della densità e della pressione molto elevate, si trova in una situazione definita degenerativa. Questo stato è stabile solo se la massa della stella è inferiore a un valore limite detto “Massa di Chandrasekar” (Subrahmanyan Chandrasekhar era un fisico, astrofisico e matematico indiano naturalizzato statunitense) pari a 1,4 volte la massa del Sole. Nel caso in cui la nana bianca si trova in un sistema binario il suo campo gravitazionale può essere così forte che, se le stelle sono sufficientemente vicine, la stella compagna comincia a trasferire massa sulla nana bianca (Fig.2) una specie di cannibalismo spaziale! In seguito al trasferimento di massa da parte della stella compagna, la nana bianca viene accresciuta fino a superare il limite di Chandrasekar e si contrae. Ed ecco che la contrazione fa innescare le reazioni nucleari, le quali fondono carbonio e ossigeno in nichel e l’energia rilasciata è sufficiente per far esplodere la stella, fino a disintegrarla tutta, così che nello spazio non rimanere altro che polvere. Al contrario delle Supernovae di tipo II le quali possono lasciare una stella di neutroni. Esaminiamo adesso le Supernovae di tipo II. Queste stelle si originano da stelle molto massive, ovvero circa 10 volte la massa del nostro Sole,con una vita di circa 10 milioni di anni, producendo energia dalla fusione termonucleare di idrogeno in elio e poi successivamente solo di elio in carbonio e ossigeno, di carbonio in sodio e magnesio e così via fino al ferro. Ogni volta che il combustibile nucleare al centro della stella finisce perché si è trasformato in un altro elemento, il nucleo si contrae sotto l’azione della gravità e riesce ad innalzare la temperatura fino ad innescare il bruciamento delnuovo elemento chimico. Purtroppo il ferro non può essere ulteriormente fuso per produrre energia e questa volta la contrazione del nucleo prosegue in maniera irreversibile. Quando la temperatura e la densità della materia all’interno del nucleo raggiungono un valore limite, i protoni e gli elettroni degli atomi si fondono a formare neutroni. In poche decine di secondi il diametro del nucleo si contrae da circa metà del raggio terrestre a poco più di 10 km. L’onda d’urto prodotta si propaga in circa due ore attraverso gli strati esterni della stella e, quando raggiunge la superficie, la stella esplode. Tutto il materiale di cui è composta la parte esterna della stella viene proiettato nello spazio circostante con una velocità approssimativa di 15000 km/s (Fig.3), lasciando come residuo il nucleo di neutroni che, a seconda della massa, può rimanere una stella di neutroni, trasformandola in una stella pulsar o diventare un buco nero. Non si conosce quando e dove esploderà una Supernova. La loro esplosione viene scoperta dagli astrofisici utilizzando potenti telescopi osservando un numero elevato di galassie; ma anche sottoterra, osservando i neutrini che sfuggono dal nucleo della stella in contrazione e si propagano indisturbati nello spazio portando via circa il 99% dell’energia dovuta al collasso del nucleo stellare, ricerca che in Italia viene svolta dal LNGS – Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Fig.4) A tal proposito va detto che Se la Supernova che esplode è sufficientemente vicina a noi, per esempio nella nostra galassia o in una galassia vicina, la Terra viene investita da una intensa tempesta di neutrini e qualcuno di essi può essere catturato e rivelato da opportuni esperimenti. La più antica documentazione che riporta la comparsa di una Supernova risale al dicembre 185 negli annali della corte imperiale cinese. Gli astronomi dell’epoca descrissero l’apparizione di una stella che brillava come un quarto di Luna, rimanendo visibile per oltre sei mesi. Oggi, grazie alla disponibilità di moderni radiotelescopi, la ricerca ha aperto nuovi spazi alla conoscenza della galassie, all’aumentare della scoperta di nuove radiosorgenti termiche, regioni composte di idrogeno ionizzato associate a formazioni stellari; diverse da quelle non termiche composte da emissione continua radio con uno spettro tipico di radiazione di sincrotrone. Oggetti celesti come le Pulsar, come PSR J0205 che ruota su se stessa circa quindici volte al secondo, sono diventati davvero famigliari alle osservazioni radioastronomiche. A conclusione va ricordato che anche gli astronomi hanno il loro santo protettore nella figura di San Domenico di Guzman (Fig.5) perché si racconta che durante il suo battesimo fu vista una stella luminosissima splendere sulla sua fronte, segno del Signore che volle destinarlo ad illuminare chi giace senza fede nelle tenebre. Ed è a San Domenico che i ricercatori si rivolgono per raggiungere il successo delle loro ricerche.

Dott. Giovanni Lorusso (IK0ELN)