Le supernovae
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M1 è uno degli oggetti più studiati del cielo: al punto che gli astrofisici si potrebbero dividere in due categorie principali: quelli che si occupano della Crab Nebula o di oggetti in qualche modo simili ad essa e quelli che si occupano d’altro. Parlare di M1 vuol dire anche parlare di supernovae, di  stelle di neutroni, di radioastronomia e quant’altro.

Nel 1921 K. Ludmark osservò  che quest’oggetto occupava proprio la stessa regione celeste in cui, secondo le fonti orientali, era apparsa la straordinaria stella del 1054. Altri scoprirono, quasi contemporaneamente, come la nebulosa fosse in espansione (da piccoli cambiamenti rilevati in foto riprese a distanza di anni), e calcolarono che per raggiungere le dimensioni attuali aveva dovuto impiegare circa 900 anni. Bastava, a questo punto, sommare due più due. Non fu difficile, dai valori della velocità radiale e dello spostamento angolare annuo, calcolare la distanza dell’oggetto, che risultò essere di 4.100 anni luce (poi corretti in 6.600).  Dalla distanza, e dallo splendore desunto dalle antiche cronache, fu calcolata una luminosità intrinseca dell’astro che lasciò senza fiato gli studiosi: risultò un valore che superava di trecentomila volte lo splendore del Sole. Ma non si trattava di un caso isolato: si trovò che almeno altre due stelle, nel 1572 e nel 1604 (le cosiddette stelle di Tycho, rispettivamente, e di Keplero), avevano avuto un comportamento simile. Queste stelle eccezionali furono denominate “Supernovae”.

La scoperta che la Crab nebula è il risultato dell’evoluzione della supernova del 1054 fu solo la prima di numerose altre scoperte. Nel 1948 se ne scoprì la natura di radiosorgente; poi, che la luce emessa dal fondo diffuso è polarizzata (il che vuol dire che emette radiazione di sincrotrone, testimone della presenza di un campo magnetico e di elettroni che si muovono a velocità paragonabili a quella della luce). Nel 1964 la Nebulosa si rivelava anche sorgente di raggi X. Nel 1968, la scoperta più  importante: la Crab nebula doveva contenere una pulsar, una stella di neutroni, oggetto fino allora mai osservato, ma teorizzato e descritto sin dal 1933 da Zwicky quale prodotto delle esplosioni delle supernovae. L’ipotetica pulsar nascosta nella Crab nebula emetteva impulsi radio ad intervalli brevissimi: uno ogni 33 millesimi di secondo. A questo punto, ci si chiese se magari, essendo rimasta qualcosa dopo l’esplosione del 1054, questo qualcosa fosse ancora visibile. E nel 1969, osservando con l’ausilio di speciali tecniche una delle stelline visibili presso il centro della nebulosa, si scoprì che emetteva fortissimi guizzi luminosi, con la stessa frequenza della pulsar; in seguito, si osservavano identiche pulsazioni anche nella banda dei raggi X. La coincidenza di tutte queste osservazioni, e l’elaborazione delle ricerche teoriche connesse, non lasciavano più adito a dubbi: le stelle di neutroni esistono, sono i resti delle supernovae, e ce n’è una al centro della Crab nebula.

Perché una stella, a un certo punto della sua esistenza, invece di spegnersi magari lentamente e tranquillamente come un falò che ha bruciato tutta la legna, esplode con una furia inconcepibilmente devastante, dando luogo a quel meraviglioso e terribile fenomeno che abbiamo chiamato supernova?

Come qualsiasi altra fonte di luce, una stella splende perché brucia energia. Questa deriva dalla lenta conversione di idrogeno in elementi più pesanti attraverso una catena di reazioni termonucleari con cui lo 0,7% circa della massa totale della stella viene convertito in energia secondo la famosa E=mc² di Einstein. La conversione si ferma quando viene sintetizzato il ferro: questo infatti in un’eventuale ulteriore fusione nucleare non sarebbe in grado di produrre l’energia atta a sostenere la pressione gravitazionale della stella: anzi, ne assorbirebbe dell’altra. E, quindi, possiamo considerare il ferro come un materiale inerte, diciamo così, incombustibile.

Quando una stella di grande massa ha accumulato abbastanza ferro nel suo nucleo, dunque, le reazioni termonucleari si interrompono e inizia il collasso. Questo procede dapprima molto lentamente innalzando gradualmente la temperatura. Oltre un certo limite, diventa possibile la conversione della coppia protone/elettrone in una neutrone/neutrino. I neutrini appena prodotti lasciano la stella portando via energia: il collasso viene ulteriormente accelerato e la temperatura sale oltre il limite in cui il ferro comincia a decomporsi assorbendo ulteriormente energia dal nucleo centrale della stella. L’effetto finale di questi processi è la conversione quasi totale degli elettroni e dei protoni in neutroni e neutrini.

In pochi secondi il nucleo centrale collassa in una configurazione estremamente densa (stella a neutroni o pulsar) in cui la densità raggiunge anche valori pari a 10.000 miliardi di volte quella dell’acqua. Un cucchiaio di questa materia ultradensa contiene tutto il materiale di una montagna. A seconda della massa della stella l’implosione si ferma allo stadio di stella di neutroni, oppure procede verso quello di buco nero. Se si forma una pulsar, l’energia dell’implosione viene trasmessa, alla velocità della luce, al mantello esterno, che non ha praticamente ancora iniziato la caduta verso il centro (non sono trascorsi che pochi secondi). Questo mantello viene riscaldato ad una temperatura di miliardi di gradi e scagliato via da una spaventosa pressione di radiazione alla velocità di migliaia di chilometri al secondo. Un osservatore esterno vedrebbe la stella trasformarsi, pressoché istantaneamente, in un globo infuocato che si espande rapidissimamente, tutto cancellando sul suo cammino. La Crab nebula che oggi ammiriamo è il residuo di quel mantello, che dopo quasi un millennio continua la sua espansione nello spazio.

Nell’intera Galassia esplode in media una supernova ogni trecento anni, e gli astronomi sono continuamente all’erta nella speranza di osservare oggetti del genere durante lo stadio iniziale, il più interessante. Ma non è difficile scoprire delle supernovae nelle galassie vicine: su scala cosmica, non si tratta di un evento così raro. Esistono prove secondo cui parte del materiale di cui è fatto il sistema solare proviene da un’antichissima esplosione di supernova. Si pensa che le regioni esterne della stella, quando vengono proiettate via ad altissima velocità, agiscano come una specie di “scopa cosmica” spingendo davanti a sé tutti i detriti (polveri e gas interstellare) che incontrano sul loro cammino. A volte questo materiale si concentra, sotto le onde d’urto di altre esplosioni, fino al punto in cui diventa gravitazionalmente instabile e si condensa in nuove stelle. Pare che il nostro Sole sia nato così. Si assiste dunque ad un continuo riciclaggio tra stelle e materiale interstellare che viene costantemente arricchito e smosso dalle supernovae.

Lo studio delle centinaia di supernovae osservate nelle galassie esterne nei trascorsi decenni ci consente di affermare che esistono almeno due tipi principali di supernovae (che a loro volta vanno suddivisi in diversi sottotipi)