Supernova: come prevedere la formazione

E' possibile prevedere la formazione di una supernova, in foto il residuo di supernova chiamato SNR 0519
SNR 0519 si trova nella Grande Nube di Magellano, una piccola galassia a 160.000 anni luce dalla Terra. Questa immagine composita mostra i dati a raggi X dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e i dati ottici del telescopio spaziale Hubble della NASA. I raggi X dell’SNR 0519 con energie basse, medie e alte sono mostrati rispettivamente in verde, blu e viola, con alcuni di questi colori che si sovrappongono per apparire bianchi. I dati ottici mostrano il perimetro del resto in rosso e le stelle intorno al resto in bianco. Credit: NASA

Un team di ricercatori, ha scovato un modo per prevedere i segnali di un esplosione e quindi la formazione di una supernova.  Se osserviamo una gigantesca stella rossa circondata da uno spesso velo di materiale, la stella probabilmente esploderà nel giro di pochi anni.

Quando una stella massiccia si avvicina alla fine della sua vita, attraversa fasi convulse e violente. Nel nucleo si passa dalla fusione dell’idrogeno alla fusione di elementi più pesanti. L’idrogeno viene prima sostituto dall’elio per poi passare per il carbonio, l’ossigeno, il magnesio ed il silicio. Alla fine della catena, nel nucleo inizia a formarsi il ferro. Poiché questo elemento assorbe energia invece di rilasciarla, la stella muore ed in meno di 15 minuti si genera una fantastica esplosione chiamata supernova.

Nascita di una supernova

Nonostante tutto il complesso meccanismo che avviene nei nuclei stellari, dal nostro punto di vista è molto difficile prevedere cosa accade e la formazione di una supernova. L’unico dato certo che rileviamo è la crescita della dimensione stellare. Queste stelle giganti si gonfiano fino a raggiungere grandezze estreme. Diventano inoltre anche intensamente luminose, fino a decine di migliaia di volte del Sole. Ma poiché le superfici delle stelle sono dilatate, le loro temperature esterne in realtà diminuiscono, facendole apparire come giganti rosse.

L’esempio più famoso di una tale stella quasi terminale è Betelgeuse. Se fosse collocata all’interno del nostro Sistema Solare, questa stell, di dimensioni quasi paragonabili al nostro Sole, si estenderebbe fino all’orbita di Giove. Già adesso sappiamo che diventerà una supernova, ma il fatidico giorno potrebbe essere distante un milione di anni. Ora, un team di astronomi ha sviluppato un modo per individuare le supernove che potrebbero esplodere entro pochi anni. I risultati sono riportati in un articolo (rif.) su arXiv. I dati sperimentali sono basati su una categoria di supernova di tipo II-P. Questa tipologia a differenza di altre supernove, generano una forte luminosità che perdura per molto tempo dopo l’esplosione.

Gli astronomi per comparazione hanno guardato indietro ai vecchi cataloghi stellari. Sono scaturite immagini delle stelle prima che esplodessero, tutte supergiganti rosse molto simili a Betelgeuse. Questa è una chiara indicazione che quel tipo di stelle sono candidate a supernova, pronte a esplodere in breve tempo.

Il velo delle supernove

Le stelle che danno origine a questo tipo di supernove possiedono densi strati di materiale che le circondano prima che esplodano. Questi “veli” sono molto più densi di quelli misurati intorno a Betelgeuse e questo tipo di supernove diventano visibile prima rispetto a quelle maggiormente esposte. Gli istanti dopo l’esplosione, l’onda d’urto, colpisce il materiale attorno alla stella, provocando d’energia mentre l’attraversa. Se inizialmente si rilasciano radiazioni ad alta energia, come i raggi X e i raggi gamma, l’attraversamento del materiale circostante, la radiazione emessa è in lunghezze d’onda ottiche.

Le supernove lasciano dietro di sé drammatiche bolle di gas. Credit: NASA, CXC ,MIT, L.Lopez, Palomar, NSF, NRAO, VLA

Quindi sembra che questi densi strati di materiale attorno alle stelle siano un indizio del fatto che una supernova sta per formarsi. Ma quanto tempo ci vuole per formare queste bolle di gas ? I ricercatori hanno studiato due modelli matematici. Nel primo, la stella soffia venti ad alta velocità dalla sua superficie, che lentamente stacca pezzi di se stessa per formare il denso strato nel corso dei decenni. Nel secondo modello, la stella subisce una violenta esplosione pre-supernova che manda in orbita i gas in meno di un anno. 

I ricercatori sono arrivati alla conclusione che il secondo modello è maggiormente predittivo. Poichè abbiamo decine di immagini scattate decine di anni prima dell’esplosione, se il meccanismo fosse come il modello lento, il materiale denso ci avrebbe oscurato la possibilità di osservare direttamente il fenomeno. Questo significa che, una volta che una gigante rossa costruisce uno spesso velo di materiale attorno a sé, è probabile che diventi una supernova nel giro di pochi anni. 

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