Supernovae: quando esplodono le stelle


Fenomeno fra i più drammatici e spettacolari che la natura possa offrirci, l’esplosione di una stella può essere innescata per diverse ragioni. Ed è un processo fondamentale per la produzione degli elementi della tavola periodica.


Le supernove sono tra le esplosioni più energetiche dell’universo. Il loro studio ci consente di ricostruire i meccanismi fisici e i processi chimici che regolano le fasi finali dell’evoluzione stellare.

Sappiamo che una stella di almeno otto masse solari brucia al proprio interno elementi leggeri, producendone di pesanti, fino a generare un nucleo di ferro. Il mancato innesco del bruciamento del ferro, seguito dal rapido collasso del mantello, causa un vertiginoso aumento della densità del nucleo. L’interruzione improvvisa del collasso produrrà un’onda d’urto verso l’esterno, e l’espulsione del mantello stellare.

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L’espansione del materiale eiettato da Sn 1987A e la successiva collisione con il materiale circumstellare pre-esistente, perso dalla stella progenitrice nelle fasi finali della sua vita.

A testimoniare l’esplosione della supernova resterà un residuo compatto, una stella di neutroni o (nel caso di stelle più massicce) un buco nero. Talvolta, anche stelle di piccola massa come le nane bianche esplodono come supernove (di tipo Ia). Questo accade quando la nana bianca accresce rapidamente la propria massa tramite il trasferimento di materia da una compagna o a seguito della coalescenza con essa. Se la nana bianca risultante raggiunge la soglia critica di 1.38 masse solari (massa di Chandrasekhar), il fronte di bruciamento accelererà drammaticamente e in pochi secondi una frazione rilevante di carbonio e ossigeno sarà convertita in elementi pesanti, causando la distruzione della stella.

Le supernove riversano i prodotti della nucleo-sintesi esplosiva nel mezzo interstellare, arricchendolo di elementi pesanti. Questo gas costituisce la materia prima per nuove generazione stellari, e quindi contribuisce all’arricchimento chimico delle galassie. In altre parole, le supernove producono gli elementi che costituiscono tutto ciò che ci circonda.

Infine, le supernove sono importanti tracciatori di distanze cosmologiche, e hanno permesso la scoperta dell’espansione accelerata dell’universo e l’esistenza dell’energia oscura. Per questa ricerca, Perlmutter, Smith e Riess nel 2011 hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica.

In anni recenti, la ricerca di supernove con telescopi dotati di camere a grande campo ha rivelato l’esistenza di nuovi tipi di esplosioni stellari. Abbiamo scoperto supernove deboli, con luminosità confrontabile a quella di stelle novae. All’altro estremo, abbiamo identificato un raro tipo di supernove super-luminose, dieci volte più brillanti di una supernova Ia tradizionale.

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Anche se il meccanismo di esplosione è ancora oggetto di discussione, in virtù della loro luminosità hanno un enorme potenziale come fari cosmologici.

Le supernove sono inoltre tra le potenziali sorgenti di onde gravitazionali. La sfida aperta è di poter dimostrare osservativamente l’associazione di una supernova con un evento di onde gravitazionali.

Abbiamo inoltre scoperto un legame tra le eruzioni di stelle massicce, l’incremento della perdita di massa nelle fasi evolutive finali, e l’esplosione di supernove. In particolare, eventi eruttivi seguiti a distanza di pochi mesi (o anni) dall’esplosione della supernova sono stati osservati in alcune iper-giganti, tra cui le variabili luminose blu o le stelle Wolf-Rayet.

Infine, grazie all’archivio dello Hubble Space Telescope, abbiamo trovato un crescente numero di supernove i cui progenitori stellari sono stati osservati in immagini pre-esplosione della galassia ospite. L’obiettivo realizzabile nel prossimo futuro (soprattutto con l’avvento dell’Extremely Large Telescope) sarà quello di poter individuare i progenitori quiescenti di tutti i tipi di supernove.

 

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