Ci sono alcuni posti nell'Universo che sfidano la comprensione. E le supernove devono essere i luoghi più estremi che si possano immaginare. Stiamo parlando di una stella con potenzialmente decine di volte la dimensione e la massa del nostro Sole che muore violentemente in una frazione di secondo.
Più veloce di quanto mi ci vuole per pronunciare la parola supernova, una stella completa collassa su se stessa, creando un buco nero, formando gli elementi più densi nell'Universo e poi esplodendo verso l'esterno con l'energia di milioni o addirittura miliardi di stelle.
Ma non in tutti i casi. In effetti, le supernove hanno diversi gusti, partendo da diversi tipi di stelle, finendo con diversi tipi di esplosioni e producendo diversi tipi di resti.
Esistono due tipi principali di supernova, il Tipo I e il Tipo II. So che suona un po' controintuitivo, ma iniziamo prima con il Tipo II.
Queste sono le supernove prodotte quando muoiono stelle massicce. Abbiamo fatto un intero spettacolo su questo processo, quindi se vuoi guardarlo ora, puoi cliccare qui .
I nostri occhi non vedrebbero mai la Nebulosa del Granchio come mostra questa immagine di Hubble. Credito immagine: NASA, ESA, J. Hester e A. Loll (Arizona State University)
Ma ecco la versione più breve.
Le stelle, come sai, convertono l'idrogeno in fusione nel loro nucleo. Questa reazione rilascia energia sotto forma di fotoni e questa leggera pressione spinge contro la forza di gravità cercando di attirare la stella su se stessa.
Il nostro Sole, non ha la massa per supportare reazioni di fusione con elementi oltre l'idrogeno o l'elio. Quindi, una volta esaurito tutto l'elio, le reazioni di fusione si fermano e il Sole diventa una nana bianca e inizia a raffreddarsi.
Ma se hai una stella con 8-25 volte la massa del Sole, può fondere elementi più pesanti al suo interno. Quando esaurisce l'idrogeno, passa all'elio, e poi al carbonio, al neon, ecc., fino alla tavola periodica degli elementi. Quando raggiunge il ferro, tuttavia, la reazione di fusione richiede più energia di quanta ne produca.
Gli strati esterni della stella collassano verso l'interno in una frazione di secondo e poi esplodono come una supernova di tipo II. Ti rimane una stella di neutroni incredibilmente densa come residuo.
Ma se la stella originale aveva più di circa 25 volte la massa del Sole, si verifica lo stesso collasso del nucleo. Ma la forza del materiale che cade verso l'interno fa collassare il nucleo in un buco nero.
Stelle estremamente massicce con più di 100 volte la massa del Sole esplodono senza lasciare traccia. Infatti, poco dopo il Big Bang, c'erano stelle con una massa di centinaia, e forse anche migliaia di volte la massa del Sole, fatta di idrogeno puro ed elio. Questi mostri avrebbero vissuto vite molto brevi, esplodendo con una quantità di energia incomprensibile.
Rappresentazione artistica di una supernova
Quelli sono di tipo II. I tipi I sono un po' più rari e vengono creati quando si ha una situazione di stella binaria molto strana.
Una stella nella coppia è una nana bianca, il residuo morto da tempo di una stella della sequenza principale come il nostro Sole. La compagna può essere qualsiasi altro tipo di stella, come una gigante rossa, una stella della sequenza principale o anche un'altra nana bianca.
Ciò che conta è che siano abbastanza vicini da consentire alla nana bianca di rubare materia al suo partner e di accumularla come una coperta soffocante di potenziale esplosività. Quando la quantità rubata raggiunge 1,4 volte la massa del Sole, la nana bianca esplode come una supernova e si vaporizza completamente.
In una supernova di tipo Ia, una nana bianca (a sinistra) assorbe materia da una stella compagna finché la sua massa non raggiunge un limite che porta al collasso e quindi all'esplosione. Credito: NASA
A causa di questo rapporto di 1,4, gli astronomi usano le supernove di tipo Ia come 'candele standard' per misurare le distanze nell'Universo. Poiché sanno con quanta energia è esplosa, gli astronomi possono calcolare la distanza dell'esplosione.
Ci sono probabilmente altri eventi, ancora più rari, che possono innescare supernovae e ipernove ancora più potenti e lampi di raggi gamma. Questi probabilmente implicano collisioni tra stelle, nane bianche e persino stelle di neutroni.
Come probabilmente avrai sentito, i fisici usano acceleratori di particelle per creare elementi più massicci sulla tavola periodica. Elementi come ununseptium e ununtrium. Ci vuole un'energia tremenda per creare questi elementi in primo luogo, e durano solo per una frazione di secondo.
Ma nelle supernove si creerebbero questi elementi, e molti altri. E sappiamo che non ci sono elementi stabili più in alto nella tavola periodica perché non sono qui oggi. Una supernova è un frantumatore di materia di gran lunga migliore di qualsiasi acceleratore di particelle che potremmo mai immaginare.
La prossima volta che ascolterai una storia su una supernova, ascolta attentamente che tipo di supernova era: di tipo I o di tipo II. Quanta massa aveva la stella? Ciò aiuterà la tua immaginazione ad avvolgere il tuo cervello attorno a questo fantastico evento.