Quando una stella come il Sole muore, getta i suoi strati esterni nello spazio, lasciando il suo nucleo caldo e denso a raffreddarsi nel corso degli anni. Ma alcuni altri tipi di stelle scadono con esplosioni titaniche, chiamate supernovae. Una supernova può brillare come un’intera galassia di miliardi di stelle “normali”. Alcune di queste esplosioni distruggono completamente la stella, mentre altre lasciano dietro di sé una stella di neutroni super-densa o un buco nero – un oggetto con una gravità così potente che nemmeno la luce può uscirne.
Le supernove si dividono in due grandi categorie, note come Tipo I e Tipo II, che sono definite dallo spettro della materia che viene espulsa nello spazio e dal modo in cui le stelle si illuminano e svaniscono. Man mano che vengono scoperte più supernovae, però, la linea che divide le due categorie si sta attenuando.
Le supernovae di tipo I più note sono note come tipo Ia. Un Tipo Ia si verifica probabilmente quando una stella nana bianca — il “cadavere” di una stella di media massa come il Sole — viene completamente fatta a pezzi.
Gli astronomi sospettano che le nane bianche siano le colpevoli perché le supernovae di Tipo Ia si verificano tipicamente in regioni dello spazio che contengono principalmente stelle più vecchie, suggerendo che un Tipo Ia è l’esplosione di una stella di lunga vita. Le stelle che vivono a lungo non possono essere particolarmente massicce, aggiungendo credito alla teoria delle nane bianche. E gli spettri delle supernovae di tipo Ia mostrano poco o niente idrogeno, l’elemento più comune nell’universo. Invece, mostrano molto carbonio e ossigeno, che è la composizione di una nana bianca.
La massa massima di una nana bianca è 1,4 volte quella del Sole, un valore noto come limite di Chandrasekhar. Le nane bianche di massa prossima a quella di Chandrasekhar sono essenzialmente identiche, quindi subiscono esplosioni quasi identiche.
La teoria più popolare per trasformare una stella nana bianca in una supernova è attraverso un atto di cannibalismo stellare. Se una nana bianca ha una vicina stella compagna, potrebbe rubare gas dalla superficie della compagna. Se la quantità di materiale accumulato dalla nana bianca spinge la sua massa vicino al limite di Chandrasekhar, la nana bianca potrebbe esplodere, senza lasciare nulla dietro di sé.
Rimanente di supernova della Nebulosa del GranchioLe stelle che producono supernovae di tipo II, d’altra parte, probabilmente sono nate nei bracci a spirale di una galassia – regioni che sono popolate da molte stelle giovani e luminose – e non vivono abbastanza a lungo per vagare dai loro luoghi di nascita. Poiché hanno vita breve, tali stelle devono anche essere massicce.
La luminosità di una tipica supernova di tipo II raggiunge il suo massimo dopo una o due settimane e rimane quasi costante fino a due mesi. Poi cala improvvisamente, seguita da un oscuramento più costante nei mesi successivi. Il modello di emissione luminosa nel tempo è coerente con l’esplosione di una stella “supergigante”.
Una supergigante ha progredito attraverso una sequenza di fasi che hanno prodotto elementi sempre più pesanti nel suo nucleo — dall’idrogeno all’elio, al carbonio, all’ossigeno, e così via. Ma questa sequenza ha una fine violenta una volta che il nucleo si è convertito in ferro. Il ferro può solo assorbire energia nucleare, non produrla. Poiché non può più produrre energia, la stella perde la sua fonte di pressione interna e collassa.
Quando il collasso raggiunge una densità critica si ferma. A questo punto, la materia nel nucleo della stella è così compatta che un blocco di materiale della dimensione di una zolletta di zucchero peserebbe milioni di tonnellate. Il nucleo è diventato una stella di neutroni — un oggetto più massiccio del Sole, ma solo pochi chilometri di diametro.
Il processo di collasso rilascia abbastanza energia per fare a pezzi gli strati esterni della stella e farli esplodere nello spazio a diversi percento della velocità della luce. Questi frammenti trasportano elio, calcio, ossigeno, carbonio e altri elementi nello spazio, dove un giorno potrebbero essere incorporati in nuove stelle e pianeti.
In che modo una nova è diversa da una supernova?
Il concetto di nova di un artista “Nova” è una parola latina che significa “nuovo”. In astronomia è usata per descrivere un oggetto che improvvisamente brilla in modo molto più luminoso di prima. Le nova si verificano in sistemi stellari multipli in cui una nana bianca, una stella di neutroni o anche un buco nero attira i gas dall’atmosfera esterna di una stella compagna in un involucro di materia intorno a sé.
Come più materia si accumula, il gas diventa sempre più caldo e denso, fino a quando l’improvviso inizio della fusione di idrogeno nell’involucro innesca un’enorme esplosione termonucleare. La luminosità della stella aumenta di un milione di volte, abbastanza da renderla luminosa come le stelle più brillanti.