Così esplodono le stelle

Sembrerà strano a chi non è del mestiere, ma la questione è ancora parecchio aperta. Innumerevoli modelli sono stati elaborati, ma la verità è che è difficile far esplodere una stella, con le teorie che abbiamo messo insieme. La stella tende stranamente a non farlo, tanto che i migliori astrofisici ci stanno impazzendo sopra da anni.

Eppure sappiamo che accade: come sempre, è la realtà che ci sfida e ci invita a rivedere il modo in cui la interpretiamo, ci esorta ad uscire dalla scatola, a pensare in modo innovativo, a spingerci fuori dai circoli dell’abitudine. Ad osare. La realtà ci pungola fino a che il nostro modello mentale non diventa adeguato al grado di finezza a cui la nostra evoluzione spinge, momento per momento. Nessuno si sarebbe sognato di validare la meccanica quantistica se non spinto quasi all’esasperazione, dal comportamento bizzarro del mondo subatomico.

La bellezza del resto di supernova Cassiopea A.
Crediti: NASA/CXC/RIKEN/T. Sato et al.; NuSTAR: NASA/NuSTAR)

Ora gli astronomi sono riusciti a trovare tracce di titanio nei resti di una famosa supernova, chiamata Cassiopea A, che si trova nella nostra Galassia, a circa undicimila anni luce di distanza da noi. Prima di adesso non era mai stato osservato questo elemento nei resti di supernova. Averlo rintracciato aiuta a sintonizzare meglio i complessi modelli teorici, lavorando per superare l’impasse.

Nello specifico, la scoperta conduce a pensare (per strade lunghe da raccontare) che il ruolo dei neutrini (prodotti in altissima quantità negli ultimi momenti di vita della stella) sia realmente preponderante nel meccanismo di scoppio, almeno per alcune categorie di supernova. A queste elusive particelle potremmo dunque dover molto, in termini dell’evoluzione del nostro universo e della stessa vita.

Per la cronaca, il Titano prodotto da Cassiopea A supera la massa intera della Terra.

Come ti scopro una supernova…

A volte può accadere. Del resto, il cielo è un luogo di sorprese, anche se spesso non ci pensiamo. Troppo distratti da tante cose, per guardare in alto. Poco male, potremmo dire: le sorprese arrivano lo stesso. E ci fanno tornare a pensare a quel mondo di stelle che è tutto intorno a noi, sempre capace di stupirci.

In quel mondo, può accadere l’incredibile. Può accadere che un astrofilo (per la cronaca, Victor Buso) acquisisca delle immagini del cielo, ma così, al puro scopo di provare la sua macchina fotografica nuova fiammante, finalmente agganciata al suo telescopio.  E che noti – guarda un po’ che strano! – scorrendo le foto che ha preso, l’apparire di un piccolo “puntino” al bordo di una galassia a spirale, la galassia NGC 613 per la precisione.

Quel puntino che si “acceso” è proprio una supernova! Crediti: NASA, ESA, Hubble, S. Smartt (QUB); Ringraziamenti: Robert Gendler; Inserto: le immagini prese da Victor Buso

Quel puntino è una supernova, una stella in esplosione, che Victor ha avuto il privilegio incredibile di osservare nei primissimi istanti della sua formazione. In effetti, non era mai stata fotografata, nell’ottico, una supernova in questa fase così iniziale! Da come si è evoluta la curva di luce di questo oggetto, è apparso chiaro che Victor ha acchiappato la supernova esattamente quando l’onda di detonazione dal nucleo interno della stella (probabilmente una supergigante, stelle enormi a vita molto breve) raggiungeva gli strati superficiali, innescando l’enorme aumento di luminosità caratteristico di questi peculiari oggetti.

Il bello della faccenda, è che lui ha osservato per puro caso una situazione che miriadi di astronomi professionisti hanno spasmodicamente cercato per anni ed anni, monitorando accuratamente delle galassie più popolose, accuratamente selezionate per probabilità stimata di riscontrare un simile evento.

Hanno cercato. E non ci sono riusciti. Poi è arrivato un tipo che ha scattato un paio di foto per provare una nuova camera, e il cielo gli ha regalato questo spettacolo. Più improbabile che vincere una lotteria.

Tanto per dire, per ricordare, che l’incredibile è di casa. Lassù nel cielo.

Da dove viene tutto quanto?

Possiamo dirlo subito, senza tema di smentita. Siamo fatti di cielo, di polvere di stelle, nella gran parte. Anche se non ce lo ricordiamo quasi mai. Fate caso, chi si sofferma mai la mattina (tra caffè, libri, ragazzi da portare a scuola, traffico, ricerca di parcheggio…) , anche solo un momento, a pensare al fatto che siamo totalmente impastati di cielo? 

E non appena in senso poetico, o metafisico (che già sarebbe tanto, beninteso). Ma in senso veramente strutturale. Siamo fatti cioè di materia che è stata elaborata e prodotta nello spazio. E viviamo grazie a ciò che è accaduto – ed accade – nello spazio.

Per rendersene conto in modo molto diretto e concreto, basta guardare questa particolare  tavola degli elementi.

Crediti & Licenza: Wikipedia: Cmglee; Data: Jennifer Johnson (OSU)

L’avrete riconosciuta: non è altro che la classica tavola periodica di Mendeleev con la piccola accortezza di aver aggiunto l’indicazione – per ogni singolo elemento – della sua sede probabile di produzione.

E si scoprono cose interessanti: cose che non sappiamo (o alle quali, appunto, non pensiamo quasi mai) ma che ci riguardano direttamente, cose che evidenziano e rinsaldano il nostro rapporto costitutivo con lo spazio. Lo spazio, infatti – così ci dice inequivocabilmente questa tabella – non è altro da noi, non è sopra la nostra testa. E’ molto più vicino, perché in qualche modo, ne siamo costituiti.

Prendiamo l’idrogeno, presente nel nostro corpo in ogni sua molecola d’acqua, ad esempio. Sapevate che tale elemento è tra le cose più antiche di cui possiamo fare esperienza? Viene infatti direttamente dal Big Bang: non si dà, a nostra conoscenza, alcuna altra modalità apprezzabile per la produzione di idrogeno nell’intero universo. Il carbonio, così come l’ossigeno, è invece prodotto dall’interno delle stelle. Gran parte del ferro nel nostro corpo è stato poi prodotto durante lo scoppio a supernova di stelle (di massa più grande del Sole) che “abitarono” questa parte di spazio, molto tempo fa. L’orolo abbiamo visto di recente – è stato in gran parte prodotto da stelle di neutroni durante drammatiche collisioni, che hanno prodotto (è proprio notizia di questi giorni) impulsi gamma “a vita breve” ed anche eventi di onde gravitazionali.

Capiamoci, non è sempre tutto chiarissimo: per esempio ci sono elementi essenziali, come il rame, di cui ancora non si conosce bene la specifica modalità di produzione. Tematiche aperte, tanto da essere ancora oggetto della ricerca attuale, tramite osservazioni e investigazioni al computer.

Ma la faccenda resta intatta. Siamo fatti di stelle (in gran parte). E siamo comunque totalmente fatti di materia del cielo.

Potrebbe forse bastare, per la ricorrente domanda (lecita, per carità)  sull’opportunità di investire soldi nello studio del cielo. In fondo, studiare il cielo è studiare noi stessi. Ci potremmo infatti quasi domandare – a questo punto, invertendo totalmente la questione – cosa ci possa mai essere, di più importante…

La più lontana supernova Ia

Gli astronomi continuano ad applicarsi con successo, al fine di ottenere il meglio del meglio, dai telescopi a loro disposizione: e i risultati non si fanno attendere. Nel campo degli oggetti lontani, infatti, è appena stato registrato un nuovo record: la supernova Ia più distante mai individuata.

Ricordiamo che le supernovae sono divise in varie classi, a seconda delle caratteristiche fisiche del sistema che va incontro alla deflagrazione: in particolare le supernovae Ia sono originate dalle esplosione di una stella nana bianca, verosimilmente in fase di accrescimento massa da una compagna in un sistema binario.

Ebbene, la supernova appena scoperta si trova a più di dieci miliardi di anni luce da noi, con un valore di redshift pari a 1,94. In pratica, quando si verificò l’esplosione che vediamo ora, l’universo stesso era ancora molto giovane, in fase di furibonda formazione stellare.

Ecco l'impronta della supernova Ia più lontana mai osservata. Tre riquadri: a sinistra la galassia prima dell'esplosione, a destra la galassia dopo l'esplosione. Sembrano identiche ma la differenza, nel riquadro più a destra, mostra un oggetto brillante, la supernova stessa (Crediti: NASA, ESA, A. Riess (STScI and JHU), and D. Jones and S. Rodney (JHU))
Ecco l’impronta della supernova Ia più lontana mai osservata. Tre riquadri: a sinistra la galassia prima dell’esplosione, a destra la galassia dopo l’esplosione. Sembrano identiche ma la differenza, nel riquadro più a destra, mostra un oggetto brillante, la supernova stessa (Crediti: NASA, ESA, A. Riess (STScI and JHU), and D. Jones and S. Rodney (JHU))

L’oggetto appena scoperto prende il nome di SN Wilson (dal nome del presidente americano Woodrow Wilson, in carica dal 1913 al 1921), ed è stata individuata nell’ambito del CANDELS+CLASH Supernova Project, a cui già dobbiamo la scoperta di oltre cento supernovae, che sono esplose da 2,4 ad oltre 10 miliardi di anni fa.

La scoperta e lo studio di supernovae di classe Ia è di fondamentale importanza per la messa a punto di una accurata scala delle distanze cosmiche: a motivo del picco di luminosità che si ritiene praticamente identico, queste supernovae sono ampiamente utilizzate come candele standard per ottenere una affidabile stima della distanza della galassia che le ospita.

Perfezionare la conoscenza di questi oggetti dunque vuol dire avere stime sempre più precise delle posizione delle galassie e dei vari oggetti astronomici. A sua volta questo è decisivo per la costruzione di accurati modelli di universo, nonché per la verifica del suo tasso di espansione. Attraverso questa catena di conoscenze, possiamo arrivare a dire qualcosa di più preciso sulla natura dell’energia oscura, questa componente ancora largamente sconosciuta, che influenza profondamente l’espansione stessa del cosmo. Ecco perché gli astronomi ritengono studi come questo di grandissima importanza.

Sherlock Holmes e il misterioso resto di supernova…

“Una volta che elimini l’impossibile, quello che rimane – per quanto improbabile – deve essere vero”, avrebbe detto Sherlok Holmes. Ecco qui un caso in cui tale massima si applica in pieno…

Utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble, gli astronomi sono riusciti a risolvere un puzzle che li aveva tenuti occupati da tempo: la questione era centrata sulla natura della stella progenitrice di una supernova in una galassia vicina. I nuovi dati raccolti da Hubble infatti permettono di scegliere uno tra i diversi scenari teorici che erano stati avanzati riguardo la natura della stella esplosa a supernova.

Basandosi su osservazioni precedenti raccolte con telescopi a terra, i ricercatori già sapevano che un tipo particolare di supernova, chiamata “Ia”, era all’origine della struttura denominata SNR 0509-67.5, lontana circa 170.000 anni luce, nella galassia chiamata Grande Nube di Magellano. Il problema era determinare la natura esatta della stella, o delle stelle, che avevano originato la supernova stessa.

L'occhio di Hubble ha aiutato a capire la natura di un resto di supernova, tagliando via le ipotesi non verificate (Crediti: NASA, ESA, CXC, SAO, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), and J. Hughes (Rutgers University))

Da notare che la cosa in se stessa è di importanza decisiva, perché le supernovae di tipo Ia sono gli oggetti celesti principali per misurare l’accelerazione dell’universo. Dunque la loro comprensione è importante per una lunga serie di tematiche, che vanno dalla fisica stellare alla cosmologia.

Ebbene, per anni gli astronomi hanno cercato una possibile stella compagna di una nana bianca, senza trovarla, portati a tale convinzione dalle speculazioni teoriche. Ora nemmeno Hubble l’ha vista, pur avendo il necessario potere risolutivo. Esiste solo una soluzione: che la supernova sia originata da due nane bianche in orbita molto stretta.  Le due nane si sarebbero così progressivamente avvicinate fino a fondersi in una struttura più grande, ma istabile, che dunque è esplosa.

La giovane età dei resti di supernova, porta ad escludere che eventuali stelle residue possano aver abbandonato la struttura: non ne avrebbero avuto il tempo.

Tolto tutto il resto, l’improbabile (le due nane bianche, in questo caso) deve essere vero. In fondo, lo sappiamo, la scienza procede “tagliando” via le ipotesi che non vengono verificate dall’indagine empirica: sono sempre i fatti, che decidono…

HubbleSite Press Release