L’esplosione di una ipergigante

Anche se la teoria aveva già delineato cosa dovrebbe succedere nell’esplosione di una stella ipergigante (massa maggiore di 100 volte quella del Sole), non se ne era ancora osservata una. Fino ad oggi, almeno…

Un gruppo di ricercatori israeliani, in collaborazione con colleghi tedeschi, statunitensi e cinesi, ha seguito costantemente una supernova per più di un anno e mezzo, verificando come stesse seguendo perfettamente le aspettative per oggetti di tale massa. E’ la prima volta, infatti, che si osserva questo tipo di fenomeno cosmico. La stella esplosa aveva originariamente una massa pari a circa 200 volte quella del Sole, una vera ipergigante.

Che differenza vi è tra una normale supernova e questo tipo di catastrofe veramente gigantesca? Ancora una volta tutto dipende dall’equilibrio delle forze in gioco. Durante la vita di una stella, sappiamo molto bene che la gravità della sua massa tende costantemente a “schiacciare” l’oggetto celeste, ma questa viene bilanciata dalla forza che spinge verso l’esterno, prodotta dalle reazioni nucleari che avvengono nel “cuore” della stella. In tale modo il motore dell’astro è perfettamente a regime. Nelle stelle con massa da 10 a 100 volte quella del Sole, le reazioni nucleari cominciano con la normale fusione dell’idrogeno in elio, procedendo poi fino a formare elementi sempre più pesanti. Il limite a cui si giunge è un nucleo di ferro. Questo elemento non riesce a fondere facilmente e la gravità vince la battaglia facendo collassare l’astro verso una stella a neutroni o più facilmente verso un buco nero. In questa fase gli strati gassosi più esterni sono scaraventati verso lo spazio, originando una “normale” supernova.

Eta Carinae

Eta Carinae è forse la stella più massiccia della nostra galassia con la sua massa di circa 100 volte quella del Sole. Nel 1843 divenne talmente luminosa da essere superata solo da Sirio. Oggi non è più visibile a occhio nudo, ma probabilmente in un tempo relativamente breve (migliaia di anni) darà luogo a una terrificante supernova. E’ anche l’unica stella conosciuta che emette luce laser.

Quando però la stella è un’ipergigante (maggiore di circa 100 volte la massa del Sole) l’equilibrio tra le forze in gioco dà luogo a una conclusione diversa. I fotoni emessi dall’enorme astro sono talmente caldi ed energetici che interagiscono tra loro dando origine a elettroni e positroni. Questo processo trasforma oggetti senza massa (i fotoni) in oggetti con massa non trascurabile. Per fare ciò è necessario consumare energia, proprio quella prodotta dalla stella (ricordiamo la formula di Einstein e il recente racconto “l’energia totale si conserva…”). La gravità riesce nuovamente a vincere, ma, in questo caso, il collasso avviene verso un nucleo di ossigeno e non di ferro. L’ossigeno compresso e caldissimo esplode in una spaventosa reazione nucleare che causa una luminosità davvero eccezionale.

Questa era fino a oggi solo teoria, ma adesso è stata completamente confermata dalle osservazioni.

Una stella di queste dimensioni non è certamente un oggetto comune. Nell’Universo vicino non ne esistono, tanto che per parecchio tempo si era pensato che le 150 masse solari fossero un limite intrinseco della formazione stellare. La mostruosa supernova osservata in una piccola e remota galassia ci dimostra invece che il limite può essere superato e che probabilmente proprio le galassie nane sono il luogo ideale per la produzione di stelle gigantesche, anche capaci di raggiungere masse superiori a quella di mille Soli. Esse sono tra gli oggetti più antichi dell’Universo e studiarle è un po’ come studiare l’infanzia del Cosmo.

Le recenti osservazioni hanno anche permesso di quantificare la massa degli elementi pesanti prodotti nell’immane esplosione. Ad esempio il nichel arriva a cinque masse solari. Le ipergiganti possono quindi essere considerate le vere “madri” degli elementi più pesanti nell’Universo. Hanno vissuto per un tempo brevissimo (pochi milioni di anni), ma hanno forse scandito tutta l’evoluzione successiva del Cosmo: una vita davvero “spericolata”!

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16 Commenti

  1. Ma come fa una stella ad emettere luce LASER??? Mai sentito prima d’ora… E cosa implicherebbe ciò?

    Grazie Enzo

  2. una cosa non mi è chiara: la stella parte a produrre elio dall’idrogeno e fin qui ok, ma dopo continua a fare altri elementi dai precedenti seguendo i vari numeri atomici? così arriverebbe al ferro ma poi le temperature non sono abbastanza alte per fondere il ferro e produrre l’elemento successivo? perchè le ipergiganti si ritrovano con un ossigeno che ha numero atomico basso?
    illuminate la mia ignoranza! :mrgreen:
    grazie e ciao a tutti 😀

  3. @lampo,
    Eta carinae è l’unico oggetto che riesce a crere un raggio laser. Sembra che sia dovuto all’azione di una nube gassosa che riesce a mettere in fase una mistura di lunghezze d’onda. Non so però l’esatto schema del processo. D’altra parte sono ancora ipotesi da studiare a fondo nell’unico oggetto che mostra questa capacità.
    @carlo,
    in questi mostruosi oggetti si ottiene un’esplosione, dovuto alle altissime temperature, prima che il nucleo sia arrivato a bruciare l’ossigeno. Normalmente invece si arriva ancora al silicio e quindi al ferro. Tuttavia, tieni conto che il bruciamento degli elementi pesanti avviene in tempi brevissimi. Pensa che il bruciamento del silicio avviene in un solo giorno!

  4. quindi queste stelle cono talmente grandi da fare un’esplosione ancora prima che le altre stelle. cioè più la stella è grande più velocemente esplode quindi fonde meno elementi?
    altra domanda: trasformare un fotone in un elettrone e in un positrone è il processo inverso dell’annichilimento, ma mentre questo libera energia, il “dis-annichilimento” (o come si chiama 😆 ) ne ha bisogno e utilizza quella dell’esplosione della stella?
    grazie ancora e scusa per il tempo che mi dedichi!

  5. @carlo,
    più o meno. Quando la stella è iper si raggiunge una temperatura tale da disintegrarla letteralmente. Ma solo in questi casi eccezionali. Per stelle più piccole, si brucia di più quando c’è più massa a disposizione (e quindi anche calore).
    In pratica si trasforma qualcosa che non ha massa (fotone) in qualcosa che ha massa. per far ciò bisogna prendere dell’energia (E=mc2).
    Nessuna scusa! E’ sempre un piacere, sperando di esserne sempre all’altezza… 😳

  6. all’altezza di spiegare a un ragazzo di sedici anni dall’alto delle tue scoperte?? beh…
    ma ciò che non capisco è come fa il fotone a non avere massa. fino a poco tempo fa anche i neutrini non ne avevano ma poi si è scoperto che piccola ma ce l’hanno. stessa cosa i neutroni che a quanto ne so non si sa nemmeno se ci sono. per interagire con la materia non dovrebbero avere una massa, anche se piccolissima?

  7. @carlo,
    eppure è così…è pura energia elettromagnetica. Sbagli però sul neutrone: lui sì che ha massa, anzi la parte maggiore del nucleo atomico. Forse ti confondi con altre particelle elementari… Materia ed energia sono la stessa cosa, ma in forme diverse. Interagiscono senza problemi.

  8. @carlo

    riguardo la prima domanda che hai fatto: non è possibile fondere elementi con con numero atomico superiore a quello del ferro proprio per una questione energetica. Servirebbe il famoso grafico della Binding Energy (energia di legame) per nucleone in funzione del numero atomico. Vedresti che fino al FERRO è possibile ricavare energia dal processo di fusione, ovvero due atomi che pesano 5 si uniscono e ne formano 1 che pesa 9…il restante uno viene liberato sottoforma di energia! Sopra il ferro la reazione non è più possibile spontaneamente in quando richiederebbe energia anzichè liberarne! Proprio per questo, oltre al ferro comincia a diventare energeticamente conveniente la reazione di fissione che è proprio l’opposto della fusione…un atomo che pesa 10 viene colpito da un neutrone (esistono E COME!) e si scinde in due che pesano 4,5 l’uno…il restante 1 anche in questo caso viene emesso sotto forma di energia! E’ il processo che si usa nelle centrali nucleari…

    Gli elementi più pesanti del ferro vengono prodotti solamente il fenomeni particoalri tipo l’esplosione di una supernova, ma per ASSORBIMENTI NEUTRONICI SUCCESSIVI! Il flusso neutronico è così elevato che l’atomo instabile che si forma dopo l’assorbimento di un neutrone assorbe un altro neutrone ancora prima di riuscire a decadere! E poi un altro e un altro ancora…tutto in un tempo BREVISSIMO fino a formare atomi come l’Uranio con 235-238 o più palline nel nucleo…

  9. Domanda stupida, ma la pongo ugualmente.. Se un mostro del genere si fosse trovato al posto di Proxima Centauri, cosa (e come l’) avremmo visto nel cielo? Quanta luce avrebbe prodotto? Capace di creare ombre tipo quelle della luna piena o quasi? E che conseguenza avrebbe avuto per noi se Eta Carinae si fosse trovata a “soli” 4,2 anni luce (la distanza, appunto, di Proxima Centauri)? Grazie 😀

  10. @Alessandro,
    direi che è molto meglio che stiano molto lontane super stelle come quelle. Penso che non avemmo visto solo tanta luce, ma molto di peggio…. Dovrei fare i conti, ma…. appeno ho tempo ti do informazioni più esatte, ma sicuramente pessimistiche 😯

  11. @ enzo
    io non intendevo neutrone ma neutrino. neutrone ha massa, ok, ed è pure formato da tre quark (down down e up se non sbaglio), mentre il neutrino è un leptone come lo sono gli elettroni. sono quelli presenti nel vento solare, talmente piccoli che servirebbero due anni luce di piombo per poterne fermare uno, perchè interagisce pochissimo con la materia. al cern ne sparavano qualcuno elettronico sul Gran Sasso per vedere se interagiva e formava qualche neutrino muonico o tau mi pare di ricordare.
    @lampo
    grazie ora ho capito la storia del ferro :mrgreen:

  12. @Alessandro:
    se Eta Carinae si trovasse al posto del sistema Alfa Centauri, credo che noi non saremmo qui a scrivere in quanto saremmo immersi dal suo inviluppo gassoso esterno e fritti dai suoi raggi energetici.

  13. Probabilmente saremmo degli arrosticini, dopo 4,2 anni dall’evento, arriverebbe l’informazione sotto forma di fotoni ma contemporaneamente anche raggi gamma che sono anch’essi fotoni privi di massa ma con una energia potentissima (i raggi gamma vengono utilizzati per radiografare componenti metallici molto spessi) subito dopo seguirebbero i “raggi cosmici” piccole particelle ionizzate dotate di massa accelerate a velocità relativistiche durante l’esplosione(con energie molto superiori a quelle che si potranno produrre con lo LHC). Non avremmo tempo di goderci lo spettacolo!!