Eccoci finalmente a un argomento molto interessante! Abbiamo gia’ descritto molte volte la morte di una stella, ora cerchiamo di indagare sugli ultimi istanti della morte solo delle stelle molto piu’ massicce del Sole (oltre le 8 masse solari) e cosa succede dopo la loro esplosione. Come recita il titolo, parliamo delle affascinatissime SUPERNOVE!!!!

Si e’ gia’ accennato di come le stelle piu’ massicce del Sole (dalle 8 – 9 masse solari in su) siano portate a esplodere dando cosi’ origine alle supernove; e’ infatti capitato che nel corso dei millenni, tutti coloro che osservavano il cielo con attenzione, si accorgessero di quando questo stelle morenti davano l’ultimo segno della loro esistenza: il piu’ spettacolare e potente che una stella possa fare! Non e’ un evento molto frequente (soprattutto se si guarda a casa nostra, la Via Lattea), ma resta fra i piu’ spettacolari anche quando avviene a grandi distanze, in altre galassie.

Nella storia della Via Lattea, si ricorda per esempio la supernova del 185 d.C. (RCW 86), osservata dai cinesi oppure la SN 1604 osservata a lungo da Giovanni Keplero. Famosa è anche l’osservazione della SN 1054 (Nebulosa del Granchio) esplosa nel 1054 d.C. e osservata sia dai Cinesi che dal popolo degli indiani americani Anasazi e poi riprodotta in un graffito (vedi foto sotto).

Innanzitutto partiamo con una differenza importante: le supernove non sono come le nove! Si tratta di due fenomeni differenti, l’unica cosa che le accomuna e’ che entrambi i fenomini coinvolgono una stella. Abbiamo gia’ fatto una pagina dedicata alle nove, quindi vi richiamo al capitolo 043 – NESSUNA NOVA…BUONA NOVA! per rivederne i contenuti. E’ ormai chiaro che il fenomeno supernova e’ un’esplosione colossale che e’ in grado di liberare incredibili quantita’ di materia e di energia; si e’ stimato che sono in grado di raggiungere uno splendore intrinseco di miliardi di Soli abbracciando tutto lo spettro elettromagnetico (vedi pagina 024 – IL PIU’ IMPORTANTE DELL’UNIVERSO – il Sole parte 1 per lo schema dello spettro elettromagnetico), ma non solo: buona parte della materia di cui faceva parte la stella originaria viene scaraventata nel mezzo interstellare a velocita’ impossibili da pensare, parliamo di una media pari a 10.000 km/sec, il tutto in pochi giorni !!!!!!!!!!!!!!!!!

Proviamo a parlare delle supernove prendendo un caso su tutte: la SN 1987A nata dalla stella Sanduleak ed esplosa nella Grande Nube di Magellano nella notte del 23 febbraio 1987. La massa della stella progenitricie e’ stata stimata in 20 masse solari!

E’ un evento unico: primo, e’ per noi molto vicina e questo ci permise quella notte di puntargli addosso tutti i nostri occhi meccanici a disponizione in quel momento; secondo, nuovi sistemi di rilevamento e studio degli elementi che compongono il cosmo, rilevarono l’arrivo dei neutrini espulsi poco prima dell’eplosione, prima che questa si rendesse visibile a occhio nudo. Qualche ora dopo ecco il lampo luminoso che determina la morte di Sanduleak e la nasciata della SN 1987A.

Grazie all’esplosione di stelle come Sanduleak, il mezzo interstellare si arricchisce di nuovi elementi piu’ pesanti e non sintetizzabili all’interno della stella stessa come cobalto, uranio, nichel, piombo, ma anche tugsteno, oro e argento; tutti elementi piu’ pesanti del ferro che compone il nucleo della stella nei suoi ultimi istanti. Ho preparato un piccolo schemino per rendere piu’ facile la comprensione di cio’ che accade pochi istanti prima dell’esplosione.

Subito dopo l’esplosione, cio’ che componeva la stella nelle sue parti piu’ esterne, finisce ad arricchire il mezzo interstellare e le stelle come possono essere il nostro Sole, trovano la materia per aggregarsi, attraverso il “recupero” di questi gas e polveri di “scarto”! Mi viene in mente la frase di un grandissimo scienziato che disse: “Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma!” Una sorta di grande reciclone spaziele di tutti i materiali, da cui, in base alle forze in gioco, si hanno la formazione di stelle e relativi sistemi planetari, in una determianta nube (si veda a esempio la nebulosa di Orione, dai cui resti, si contano ora moltissime formazioni stellari piu’ piccole)!! Fra le ipotesi piu’ accreditate per la formazione del nostro sistema solare figura proprio questa ipotesi!

Gli astronomi hanno suddiviso le supernove in categorie, questo perche’ non tutte le esplosioni che portano a una supernova sono uguali: si hanno quindi le supernova di tipo Ia, Ib, Ic, II e le ipernove. Le Supernove II e le ipernove, sono determinate dall’esplosione di stelle isolate e supermassicce dalle 8 masse solari in su! C’e’ solo un piccolo problema, le stelle di queste dimensioni sono poche in una galassia, e’ quindi difficile la coincidenza fra esplosione e osservazione di una stella di questo tipo; ne parliamo piu’ avanti. Per le supernove di tipo I (a,b,c) la cosa e’ meno complessa, perche’ dette stelle sono delle nane bianche di un sistema binario, che superano il limite di Chandrasekhar e vengono portate al collasso dalla loro bramosia di strappare materia alla compagna da cui si nutrono.

Nelle supernove II, la stella progenitrice ha masse oltre le 8 masse solari, questo le porta a produrre nel loro nucleo una grande quantita’ di ferro, elemento  impossibile da usare come combustibile, perche’ assorbe energia anziche’ produrla; questo porta, in pochi giorni, il nucleo ferroso a decadere in neutroni. In questo momento viene prodotta una prima parte di neutrini che lasciano la stella. La forza di gravita’ e’ tale che la stella implode su se stessa. La temperatura raggiunge la straordinaria cifra di 100 miliardi di Kelvin (!!!!), questa grande quantita’ di energia farebbe evaporare l’astro se non ci si mettessero in mezzo i bosoni Z (particelle elementari mediatrici della forza nucleare debole) che producono coppie di neutrini-antinutrini. A questo punto si ha la seconda ondata in massa di neutrini, il numero e’ nettamente maggiore rispetto alla prima emissione. Parte dell’energia portata da questi neutrini viene ceduta agli strati esterni della stella in un fenomeno non ancora ben compreso. E’ ora che l’onda d’urto raggiunge la superficie della stella e ne “spara” gli strati piu’ esterni nello spazio, mentre il nucleo o resta stella di neutroni o cede alla gravita’, diventando un buco nero. La magnitudine (luminosita’) delle supernova II e’ pari a -16 -17, di due punti inferiore a quella delle supernova I; la loro curva di luce e’ piu’ ampia e la loro luminosita’ resta stabile per qualche tempo; nell’analisi spettrografica risulta presente la righa dell’idrogeno (del tutto assente nel tipo I); la velocita’ di espansione della materia risulta essere 50.000 km al secondo (la meta’ rispetto al tipo I)!!!!

Piu’ rapido e stringato il discorso sulle ipernove, che danno origine alle collapstar, collassano in buchi neri e vengono rilevati grazie all’emissione ai poli di raggi gamma. E’ un argomento questo che affrontermo piu’ avanti quando tratteremo delle galassie.

Restano le supernova di tipo I: sono tutte le supernova che nascono dall’esplosione di una nana bianca che ha superato il limite di Chandrasekhar per aver strappato troppoa materia alla stella compagna. Entrando nel particolare, le SN di tipo Ia sono classificate cosi’ perche’ sono nane bianche e nel loro spettro luminoso non compare l’elio, ma bensi’ il silicio. Il meccanismo di questa eplosione ricoda nei suoi inizi il processo che alimenta l’accensione delle nova, ma mentre per le nova il processo non degenera oltre il limite di Chandrasekhar, per le supernova questo limite viene sempre superato, distruggendo cosi’ la stella progenirice. Queste nane bianche hanno sempre una compagna (morente, allo stadio di gigante rossa) al quale sottraggono il materiale che le alimenta. Quando la nana inizia il processo di collasso, l’alta densita’ della materia innesca la fusione nucleare negli strati rimanenti di carbonio e ossigeno regolata dall’alta temperatura del plasma. L’onda d’urto generata dall’improvviso rilascio di altissime energie spinge verso l’esterno il materiale di fusione dando alla stella quell’imprevvisa luminosita’ che puo’ perdurare anche per alcune settimane.

Per le supernova di tipo Ib e Ic, purtroppo non c’e’ molto da dire in quanto alcuni loro fenomeni non sono del tutto compresi. Si sa semplicemente che non presentano le righe del silicio (come accade per le Ia), ma non evidenziano nemmeno le righe dell’idrogeno; per questa categoria, si e’ ipotizzato che le stelle progenitrici siano delle stesse dimensioni delle stelle progenitrici delle supernova II, ma alcune caratteristiche differenti da queste ultime le renderebbero categoria a se.  Per le Ic si ipotizza addirittura che la stella progenitrice sia una stella di Wolf-Rayet (cfr pagina 044 – variabili regolari, come fari in una baia).

Purtroppo, benche’ le stelle nella Galassia siano tante, le possibilita’ di osservare una supernova sono davvero ridotte all’osso. Proviamo a dare i numeri……statistici!!!! Secondo uno schema di Emerico Amari del Centro Osservazione e Divulgazione Astronomica Siracusa, dobbiamo considerare le probabilita’ potenziali e le probabilita’ osservative. Per le probabilita’ potenziali che il fenomeno avvenga nella nostra galassia, si ha una statistica di 2/3 eventi ogni 100 anni; solo 1% di queste esplosioni e’ da imputare a stelle massicce (supernova di tipo II), il resto e’ imputabile alle supernova di tipo Ia. Fra le supernove storiche, solo per la supernova del 1054 si ha una buona certezza che fosse di tipo II. Cambiano i numeri se parlimo delle potenzialita’ osservative (sempre nella nostra galassia): queste decadono inesorabilmente a una ogni 250 / 400 anni che si palesa nel nostro cielo!!!!!!! Questo perche’ entrano in gioco fattori di disturbo come la forma della Via Lattea e il posizionamento del sistema solare in essa (poco si sa della parte della nostra galassia che sta oltre il nucleo galattico proprio di fronte a noi), l’assorbimento delle polveri stellari, la densita’ delle stelle in alcuni punti (come nel nucleo galattico e zone limitrofe), poverta’ di dati nei calcoli di questo fenomeno su scala temporale.

Una volta che la stella e’ scoppiata, bisogna capire cosa farne dei cocci !!!!! E’ proprio nel momento in cui la stella si sparpaglia in “mille brandelli” nello spazio circostante che gli atronomi possono capire molto di piu’ rispetto a quando e’ intera: e’ come se qualcuno trova uno scrigno e solo dopo l’esplosione lo scrigno si apre e finalmente possiamo contare a quanto ammonta il bottino! Ecco allora che i resti di supernova possono dirci tanto su quello che vogliamo sapere (anche se, ahime’, non ci sveleranno mai tutto!)…….

Una cosa e’ certa, la materia che viene eiettata nello spazio circostante e’ ricca di elementi chimici molto differenti fra loro.

Ritorniamo cosi’ ai resti della fu stella Sanduleak ora SN 1987a; stiamo parlando di una supernova di tipo II, esplosa in una delle due galassie satellite della nostra Via Lattea: Grande Nube di Magellano. La distanza di questo resto di supernova è a 168.000 anni luce dalla Terra nella costellazione australe del Dorado. Il 23 febbraio 1987, la Terra viene investita di particelle espulse dalla morente Sanduleak; i primi a raggiungerci sono i neutrini e gli anti-neutrini (con la loro massa vicino allo zero attraversano facilmente gli strati della stella partendo prima del resto delle particelle). Tre ore dopo i neutrini e gli anti-neutrini arriva la luce visibile. Subito vennero puntati su questo oggetto tutti gli strumenti a disposizione per fare calcoli e confronti con le teorie; oggi, nel suo genere, è una degli oggetti più studiati e osservati.

Il flusso di neutrini studiato ha confermato i modelli matematici del collasso stellare. Ma non solo, si ebbe la conferma che e’ attraverso un procedimanto chimico di decadimento radioattivo beta (*) del cobalto e del nichel si arriva al ferro presente nelle supernove. L’altro regalo della SN 1987a sono gli incredibili anelli che possiamo vedere benissimo nelle foto qui riportate! Sono due eco luminose e una anello posto attorno al resto di Sanduleak. Ovviamente il grande interesse destato da queste strutture e’ derterminato dal fatto che si puo’ studiare la velocita’ e il modo di espansione dell’onda d’urto e il suo effetto sulle polveri che circondano la supernova, nonche’ la loro composizione. A luglio 1988 la sua misura nella volta celeste, era di 140 arcosecondi (a paragone, la Luna piena misura 30 arcominuti) a febbraio 1989 era gia’ di 170 arcosecondi: un movimento apparente di 12 anni luce. I giochi di luce degli anelli, che formano parti brillanti lungo tutto l’anello, sono dertminate dall’eccitazione delle particelle che compongono il mezzo interstellare fatto di polveri e gas quando entrano in contatto con l’onda d’urto della supernova! Questo accende e fa reagire i vari elementi fra loro creando l’anello luminoso che si puo’ vedere nelle foto. Resta da dire che l’anello si e’ probabilmente formato a seguito della compressione del gas e della polvere che circondavano Sanduleak prima dell’esplosione (probabilmente massa persa dalla stella prima delle sue ultime fasi e spinta via dal vento stellare), quando l’onda d’urto l’ha raggiunta ha messo tutte le particelle in subbuglio, dando a noi uno spettacolo piu’ unico che raro!

Un’altra supernova di cui parlare e’ il famosissimo resto di supernova SN 1054 (conosciuta anche come Nebulosa del Granchio). A differenza di Sanduleak, la stella progenitrice del “Granchio”, si trova nella nostra Galassia a una distanza di 6500 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Toro; data l’epoca dell’eplosione, non ci sono dati certi sulla stella progenitrice, si e’ comunque ipotizzato che la stella madre avesse dato origini a una supernova di tipo II quindi aveva una massa compresa fra 9 e 11 masse solari.

Il grande pregio di queste eplosioni e’ che nel mezzo interstellare viene buttato ogni sorta di elemento chimico che la fusione puo’ creare al momento dell’esplosione: per la nebulosa del Granchio, possiamo osservare elementi classici come l’elio e l’idrogeno ionizzati, ma anche carbonio, ossigeno, neon, azoto, ferro e zolfo…….

Cio’ che resta della stella che ha generato la Nebulosa del Granchio e’ una stella di neutroni (cfr pagina 046 – pulsar: voi siete qui) e una sua debole compagna; da questa proviene uno dei piu’ potenti impulsi gamma della nostra galssia, una alta quantita’ di raggi X e una potente emissione radio. Il tutto e’ davvero sorprendente per un “esserino” che stima le sue dimensioni in circa 30 km di diametro (piu’ o meno la distanza fra Milano e Lodi!!!!!). La stella di neutroni in questione e’ una pulsar dal periodo di rotazione di 33 millisecondi e le sue pulsazioni abbracciano tutto lo spettro elettromagnetico. E’ stata pero’ osservata in lei un fenomeno chiamato glitch, che consiste in un improvviso rallentamento, probabilmente riconducibile a un riallineamento magnetico all’interno della stella di neutroni. Quando la velocita’ diminuisce, l’energia rilasciata e’ altissima. Molto spesso queste regioni cosi’ altamente energetiche funzionano come gli accelleratori di particelle sulla Terra (Esempio l’accelleratore di particelle del CERN di Ginevra). Nella nostra nebulosa del Granchio, l’energia spinge le particelle a velocita’ prossime a quelle della luce in un percorso curvo obbligato dal campo magnetico, producendo la radiazione di sincrotone (cosi’ chiamata perche’ simile al processo usato nei laboratori come il CERN – il sicrotone e’ una delle macchine usate per generare questa accellerazione di particelle sincronizzando il campo magnetico e il campo elettrico con il flusso di particelle).

Un’altra supernova interessante e decisamente recente rispeto alle altre, e’ la supernova G1.9+0.3. E’ esplosa nell’anno 1868 nella costellazione del Saggittario a una distanza di 25.000 anni luce; e’ una forte radiosorgente ed e’ grazie a questa sua caratteristiche che nel 1985 l’osservatorio del VLT l’ha fotografata (in coloro blu nelle foto proposte qui sotto). E’ proprio  con le nuove discipline di radioastronomia e l’osservazione a raggi X che gli occhi meccanici che la guardavano bucarono le polveri che la circondavano per svelarne i segreti. Per esempio, la polvere e il gas esplulso sono stati misurati come aventi una velocita’ pari a 5% della velocita’ della luce: 56 milioni di km/h.

Per osservare “costantemente” (!) durante l’anno delle supernova che esplodono bisogna rivolgersi ad altre parrocchie che non siano la Via Lattea, per le statitiche che abbiamo espresso sopra; per gli appassionati e attrezzati per l’osservazione astronomica amatoriale, meglio guardare fuori dalla nostra galassia e sperare in un pizzico di fortuna……………..io comunque faccio sempre il tifo per la nostra Eta Carina!!!!

Dal Cosmo e’ tutto……….

Francesca

(*) decadimento radioattivo beta: procedimento secondo cui i nuclei instabili degli atomi, che sono radioattivi, si trasformano in altri nuclei radioattivi oppure in nuclei stabili. Tali processi determinano la traformazione della natura degli atomi portando alla nascita di nuovi elementi come succede nella fusione nucleare all’interno delle stelle.