Quando le stelle esplodono. Le supernovae: la potenza di 100 miliardi di stelle liberata in poche settimane.

Una Supernova e’ 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. La luce emessa dalla stella in seguito all’esplosione dura qualche mese ed è paragonabile a quella che il nostro Sole e’ in grado di emettere in un miliardo di anni!

Esistono due tipi di Supernovae, che differiscono per il meccanismo di esplosione e per i “progenitori”, ovvero il tipo di stelle da cui si origina l’esplosione.

Supernovae di Tipo I

Supernovae di Tipo II

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 nana bianca fatta di carbonio e ossigeno e da una stella compagna. La materia di cui e’ composta la nana bianca, a causa della densità e della pressione molto elevate, si trova in uno stato che si definisce “degenere” . Questo stato è stabile solo se la massa della stella e’ inferiore a un valore limite detto “massa di Chandrasekar”, 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. 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. La contrazione fa innescare le reazioni nucleari che fondono carbonio e ossigeno in nichel e l’energia rilasciata e’ sufficiente per far esplodere completamente la stella. L’esplosione delle SNe I disintegra tutta la stella e nello spazio non rimanere che polvere al contrario delle Supernovae di tipo II che possono lasciare una stella di neutroni.

Le Supernovae di tipo II si originano da stelle molto massive (circa 10 volte la massa del nostro Sole). Questo tipo di stelle vivono fino a 10 milioni di anni (un tempo brevissimo, se pensiamo che il nostro Sole vivrà ancora per 5 miliardi di anni) producendo energia dalla fusione termonucleare di idrogeno in elio e poi successivamente 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 perchè 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 del nuovo elemento chimico. Sfortunatamente (per la stella) 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 ognuna di queste reazioni di “neutronizzazione” viene prodotto un neutrino. In poche decine di secondi il diametro del nucleo si contrae da circa metà del diametro terrestre (3000 km) 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, lasciando come residuo il nucleo di neutroni che, a seconda della massa, può rimanere una stella di neutroni (pulsar) o diventare un buco nero.

Le Supernovae pur essendo un fenomeno distruttivo per la stella sono fondamentali per l’evoluzione del nostro universo e presentano implicazioni che ci toccano molto da vicino. Essenzialmente possiamo individuare 2 importanti conseguenze dell’esplosione:

le Supernovae rappresentano il più efficiente meccanismo di arricchimento chimico delle galassie. La maggior parte degli elementi che si trovano oggi nella nostra Galassia e che compongono la nostra Terra e noi stessi, non sono nati insieme all’Universo, durante il Big Bang. Infatti, solo gli elementi più leggeri come idrogeno, elio, litio si sono potuti formare in quel processo che viene chiamato “nucleosintesi del Big Bang”. Tutti gli altri elementi che conosciamo (ad esempio il carbonio di cui siamo costituiti o l’ossigeno che respiriamo) sono stati sintetizzati all’interno delle stelle, dalle reazioni termonucleari o da altre reazioni. Tali elementi rimarrebbero per sempre inglobati nel nucleo delle stelle che li producono. In seguito all’esplosione delle Supernovae, invece, il materiale stellare, ricco di elementi chimici, viene restituito al Cosmo e va ad arricchire le nubi di gas e polvere interstellare che poi daranno origine a nuove stelle, pianeti e galassie. Inoltre grazie all’energia dell’esplosione molti elementi già esistenti vengono trasformati, fino a produrre tutti gli elementi della tavola periodica. Possiamo dire, in un certo senso, di essere davvero “figli delle stelle”. 
le esplosioni di Supernovae favoriscono la nascita di nuove stelle. Infatti, l’onda d’urto dell’esplosione, propagandosi nelle nubi di gas e polvere interstellari, causa delle variazioni di densità che inducono la contrazione del gas e quindi la formazione di una nuova stella. Nel “ciclo vitale” del Cosmo, la morte di una stella crea le condizioni per cui altre possano nascere.

Fonte: LNGS.

 

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