La supernova più luminosa della storia

Le supernovae sono gli eventi più violenti dell'Universo, secondi solo all'energia rilasciata nel momento del Big Bang. La loro luminosità è così elevata che possono essere osservate letteralmente fino ai confini dell'Universo, a miliardi di anni luce di distanza.

Nell'Universo che conosciamo esistono due classi distinte di supernovae. Una stella può infatti esplodere in modo “naturale” se ha una massa superiore a 8 volte quella del Sole e si trova, dopo poche decine di milioni di anni, a corto del prezioso combustibile che le serve per mantenersi in vita contro lo strapotere della forza di gravità. Tutte le stelle con massa superiore alle 8 volte quella del nostro Sole termineranno la propria vita in questo modo, diventando supernovae di tipo II.

Tuttavia, questo non è l'unico modo che la Natura si è inventata per creare le bombe più potenti dell'Universo. Anche una nana bianca può diventare una supernova, se disturbata nel modo giusto. Chiamate supernovae di tipo Ia, queste sono tra le esplosioni più potenti che si conoscono. Una piccola nana bianca, stadio finale di tutte le stelle con massa compresa tra 0.5 e 8 masse solari, è un oggetto molto compresso, delle dimensioni tipiche della Terra, composto in gran parte da carbonio e ossigeno, e molto caldo. Questi veri e propri tizzoni ardenti, che si spengono lentamente nel corso della storia dell'Universo (non possiedono infatti alcun meccanismo di produzione dell'energia), sono in realtà delle silenziose polveriere pronte a esplodere se innescate nel modo giusto. Il disturbo perfetto può essere dovuto a una stella nelle vicinanze, magari legata in modo gravitazionale, che a un certo punto inizia a crescere diventando una gigante rossa a causa della sua avanzata età. Nell'espandere i suoi strati esterni di milioni di chilometri, può arrivare nella zona in cui prevale la forza di gravità della piccola nana bianca. Il risultato è spettacolare: miliardi di tonnellate di gas vengono risucchiate ogni secondo dalla piccola e vorace nana bianca, come se fosse un gigantesco aspirapolvere cosmico. Se la quantità di gas è giusta (non troppo e non troppo poco), quando sulla superficie si accumula abbastanza elio da innescare i processi di fusione nucleare, si attiva di fatto una reazione a catena che fa esplodere tutta la nana bianca come la più grande e possente bomba termonucleare mai vista nell'Universo. 

Le esplosioni di supernova di tipo Ia sono violentissime, in media più di quelle di tipo II che avvengono invece a causa del collasso del nucleo stellare e successiva liberazione di una grande quantità di energia termica. Una supernova di tipo Ia ha una luminosità massima tipica dell'ordine di 5 miliardi di Soli. Sì, non è un refuso: l'esplosione termonucleare associata alle supernovae di tipo Ia arriva a liberare un'energia miliardi di volte superiore a quella che emette il Sole ogni secondo.

La curva d luce di ASASSN-15lh e la corrispondente luminosità

Se questo valore ci sembra esagerato, ora possiamo comprendere bene la natura mostruosa della supernova ASASSN-15lh, scoperta dalla rete di telescopi All Sky Automated Survey for SuperNova che opera nel deserto di Atacama, in Cile, e alla cui conferma e caratterizzazione hanno contribuito astrofisici di mezzo mondo, tra cui l'italiano Gianluca Masi, curatore e ideatore del progetto Virtual Telescope. Questa supernova, unica nella nostra storia, rappresenta l'evento più violento mai visto da un essere umano, che nel suo picco ha liberato l'energia corrispondente a oltre 500 miliardi di Soli, superando l'intera emissione della Via Lattea, che di stelle ne ha circa 200 miliardi!
ASASSN-15lh ha stracciato tutti i record delle precedenti supernovae finora osservate: 100 volte più brillante di una supernova di tipo Ia, oltre 1000 volte più luminosa delle normali supernovae di tipo II e quasi 5 volte più brillante della supernova iPTF13ajg, che deteneva il record.


Cosa ha generato questa immane esplosione? Le cose non sono ancora per niente chiare. La galassia che ha ospitato la supernova è molto più brillante della Via Lattea, si trova a qualche miliardo di anni luce di distanza e sembra piuttosto tranquilla. E qui già sorge il primo problema: le supernovae più brillanti si trovano in genere in galassie che mostrano un'elevata attività di formazione stellare, perché si pensa siano generate da oggetti peculiari come stelle di grandissima massa o giovani stelle di neutroni, che hanno una vita piuttosto breve e quindi si trovano in gran numero solo in sistemi stellari che si sono formati da poco o stanno ancora formandosi. Sorvolando sulle incongruenze dell'ambiente in cui è stata osservata, resta ancora il dubbio di chi abbia generato questa esplosione: tutti i modelli più esotici e violenti che cercano di giustificare una supernova di tale portata si trovano in difficooltà nello spiegare l'enorme output energetico osservato. I modelli che vanno per la maggiore per spiegare la classe delle supernove super luminose coinvolgono oggetti molto peculiari come le magnetar, stelle di neutroni molto giovani che per qualche motivo hanno un campo magnetico così forte da smagnetizzare la nostra carta di credito se si trovassero alla distanza della Luna (!). Tuttavia, neanche con tutta la buona volontà del mondo, sembra possibile raggiungere una tale energia.


È davvero una supernova? Stiamo sbagliando qualcosa? Queste sono forse le domande più appropriate che dovremmo farci (e che si sono già fatte gli autori della scoperta). C'è qualcosa che ci sfugge nell'interpretazione dell'origine di questo mostro cosmico? Probabilmente sì. L'unica cosa che si consoce con precisione è che la supernova non sembra contenere molte tracce di idrogeno e questo implica che l'esplosione è stata probabilmente di natura termonucleare su un oggetto che non ne conteneva in grandi quantità (come le nane bianche con le supernovae di tipo Ia). Il problema è che supernovae brillanti e povere di idrogeno fino a questo momento se ne sono osservate solo in piccole e deboli galassie nane.
Si conosce la distanza della galassia ospite e quindi si è stimata l'energia emessa a partire da quella osservata e indebolita dalla grandissima distanza. E questo potrebbe essere già un punto su cui approfondire, considerando anche le stranezze sull'ambiente in cui è avvenuta l'esplosione. E se la supernova osservata non fosse distante quanto la galassia alla quale sembra appartenere? Ovvero, se per qualche scherzo crudele tra noi e la galassia ci fosse un'altra galassia, perfettamente allineata e invisibile, magari proprio quelle galassie nane da dove abbiamo osservato, fino a questo momento, tutte le supernovae più luminose? Di colpo l'energia reale emessa crollerebbe di una quantità legata al quadrato dell'errore commesso nella determinazione della distanza e il mostro potrebbe diventare una supernova più normale.
C'è qualche ricercatore che si è addirittura chiesto se si sia effettivamente osservata una supernova e non magari un fenomeno di cannibalismo cosmoco, in particolare una stella di grande massa distrutta dall'enorme forza di gravità di un buco nero super massiccio, magari come quello che si pensa si nasconda all'interno della possibile galassia ospite.


Insomma, il 2016 è iniziato da poco ma già abbiamo il primo, intrigante, mistero e possiamo scommettere che sarà solo il primo di un'entusiasmante serie.


http://www.nature.com/news/brightest-ever-supernova-still-baffles-astronomers-1.19176#/ref-link-1


http://science.sciencemag.org/content/351/6270/257

Quando esploderà la prossima supernova nella Via Lattea?

Negli antichi documenti storici sono diverse le supernovae galattiche osservate, anche in pieno giorno.

Famoso è il caso della stella che nel 1054 si rese visibile per alcune settimane, brillante quasi come la Luna piena vista a occhio nudo. Quella supernova, a distanza di quasi 1000 anni, ha generato una delle nebulose più belle e brillanti: la nebulosa del granchio, nella costellazione del Toro.

L'esplosione di una supernova nella Via Lattea

Per assistere all’esplosione di una stella nella nostra galassia, che sia effettivamente visibile, bisogna avere un po’ di fortuna. Non basta infatti che una stella esploda, ma lo deve fare nella posizione giusta. Se l'astro è oscurato dalle grandi quantità di gas e polveri della Via Lattea, come succede nei pressi del centro o dall'altra parte dei bracci rispetto alla nostra posizione, una supernova potrebbe risultare del tutto invisibile, se non a potenti telescopi nei raggi X. E in effetti si pensa che l'ultima esplosione di supernova nella Via Lattea risalga a non più di 150 anni fa, ma nessuno in quel periodo storico (circa 1870) la vide. E' stata individuata solo di recente grazie alle osservazioni nei raggi X (in grado di penetrare gas e polveri) del resto di supernova che ha generato.

Attualmente sono due le candidate ideali a esplodere come supernovae molto brillanti nei nostri cieli: Antares, la stella più brillante della costellazione dello Scorpione e Betelgeuse, astro rosso di Orione. Secondo gli astronomi, entrambe sono molto prossime alla fine spettacolare e violenta della loro vita ma, anche in questo caso, il termine “molto prossimo” identifica un momento casuale da qui a diverse centinaia di migliaia di anni. Meglio, quindi, non passare la propria vita sperando di assistere alla loro esplosione; tanto se dovesse succedere ce ne accorgeremmo perché diventerebbero decine di volte più brillanti di Venere e perfettamente visibili anche di giorno, almeno per uno o due mesi.

Poi, lentamente la luce si affievolirà e, nel corso di qualche mese, quell’angolo di cielo che per milioni di anni è stato abitato da un astro brillante risulterà improvvisamente orfano per sempre di una delle gemme più belle.

Domande e risposte: cosa succederebbe se esplodesse una stella nelle vicinanze della Terra?

L’energia rilasciata da una supernova, una stella molto più grande del Sole che si accinge a esplodere al termine della propria vita, è così grande che è stato calcolato che se ne esplodesse una in un raggio di 100-150 anni luce le radiazioni gamma emesse potrebbero cancellare in un colpo gran parte della vita sulla Terra.

Fortunatamente non si conoscono stelle abbastanza massicce nelle vicinanze del Sole che potrebbero provocare un disastro di tale portata.

Nel passato della Terra, tuttavia, gli scienziati pensano di aver individuato almeno un evento di estinzione di massa legato all’esplosione di una supernova vicina. Circa 450 milioni di anni fa scomparve l’85% di tutte le specie viventi, probabilmente a causa dei raggi gamma provenienti da una supernova vicina.

Il pericolo è quindi scongiurato? Non del tutto, perché una classe di supernovae molto violente emette dei fasci molto stretti e distruttivi di raggi gamma in grado di annientare in pochi minuti gran parte della vita della Terra anche da una distanza di decine di migliaia di anni luce.

Solo le stelle più massicce provocano questi raggi laser gamma così distruttivi, e fortunatamente sono molto rare. Ancora più raro è trovarsi nel luogo sbagliato, per fortuna: per subire dei danni dovremmo essere investiti in pieno dai raggi gamma, che si sviluppano in tutta la loro potenza in un cono largo non più di venti gradi attorno ai poli della stella. Questo significa, quindi, che un’eventuale stella molto massiccia dovrebbe avere i poli allineati con una precisione di 20° per poterci fare seriamente del male. Tirando le somme, è certamente più probabile venir colpiti in questo preciso istante da un meteorite.

Se stiamo continuando a leggere, abbiamo scampato anche questo pericolo e forse capito quanto sia raro un evento del genere. Si stima che nella Via Lattea, una galassia molto tranquilla, possa verificarsi un lampo di raggi gamma, così è chiamato dagli astronomi, orientato a caso nel cielo solamente ogni 5 milioni di anni, senza contare che le stelle in grado di produrlo se ne conoscono solo un centinaio attualmente. 

Sembrerebbe proprio che non dobbiamo affatto preoccuparci, eppure, a volte, è proprio l’evento più improbabile a destare maggiore preoccupazione.

La stella WR 104, una di quelle cento in grado di produrre un lampo di raggi gamma distruttivo, è sul punto di esplodere e sembra puntare il suo micidiale cannone proprio verso il Sistema Solare. Situata a 8000 anni luce di distanza, rappresenta attualmente uno dei più grandi pericoli per la Terra provenienti dallo spazio profondo. Gli astronomi la stanno studiando da molti anni ormai e ancora non hanno capito se i suoi poli sono davvero allineati o no con la Terra. Alcuni studi dicono di si, altri ci darebbero una ventina di gradi di margine, e la questione resta quindi aperta.

Al momento sono più le domande che le risposte: la stella potrebbe esplodere da oggi a 500.000 anni, potrebbe non generare un lampo gamma o potrebbe non essere sufficientemente allineata con noi per prenderci in pieno. Tutto quello che ci resta da fare è continuare a studiarla e vivere le nostre vite come se non ci fosse, perché nel caso peggiore non ci sarebbe modo di sapere quando ci colpirà e men che meno provare a evitare l’eventuale incontro. Di fronte a tali eventi siamo e saremo sempre del tutto impotenti.

Domande e risposte: Cosa sono i buchi neri?

Per cercare di capire cosa sono e come si formano i buchi neri, almeno quelli stellari, dobbiamo considerare brevemente le ultime fasi di vita di una stella almeno 15 volte più massiccia del Sole.

A partire dalle 8 masse solari in poi la stella cerca di rinviare la sua morte fondendo tutti gli elementi creati dai precedenti processi, fino ad arrivare al ferro.

La fusione del ferro non produce più energia, quindi la stella crolla sotto il suo stesso peso, poi rimbalza come un’immensa onda d’urto ed esplode come una supernova.

Al centro, laddove prima si trovava il nucleo di ferro, resta un oggetto estremamente caldo e molto particolare. 

Rappresentazione artistica di un buco nero.

Se la massa del nucleo è inferiore ad 3,8 masse solari, si forma una stella di neutroni, un agglomerato di materia che ha la stessa densità di un neutrone, milioni di miliardi di volte superiore a quella dell’acqua. Di fatto, quest’oggetto, dal diametro di una decina di chilometri, può essere assimilato a un gigantesco neutrone.

Se il nucleo rimanente ha una massa superiore a 3,8 masse solari, e questo si verifica orientativamente quando la massa originaria della stella era superiore a 15-20 volte quella del Sole, allora neanche la pressione dei neutroni riesce a contrastare il collasso gravitazionale, che procede fino a formare quello che è chiamato buco nero.

Il buco nero è un oggetto talmente massiccio che la forza di gravità nelle sue vicinanze è così forte da non far sfuggire neanche la radiazione elettromagnetica eventualmente emessa.

Poiché le onde elettromagnetiche sono ciò che viaggia più velocemente nell’Universo, ne consegue che dalla superficie del buco nero non può fuggire assolutamente nulla. Qualsiasi cosa vi entri non potrà più liberarsi da un abbraccio così soffocante. È per questo motivo che il buco nero appare completamente nero, quindi del tutto invisibile. 

Come fanno gli astronomi a essere allora certi della sua presenza?

Attraverso quelle che vengono chiamate misure indirette, ovvero osservando gli effetti che provocano sulla materia che senza accorgersi si avvicina troppo a questo silenzioso e invisibile predatore cosmico.

Stelle o gas che incontrano un buco nero vengono lentamente risucchiate, formando quello che si chiama disco di accrescimento. Il materiale spiraleggia velocemente verso il buco nero, ma prima di venirne inghiottito per sempre saluta l’Universo emettendo una grande quantità di radiazione elettromagnetica, principalmente raggi x, a seguito del forte riscaldamento subito. 

Appena varcata una linea immaginaria chiamata orizzonte degli eventi, di colpo sparisce completamente qualsiasi informazione e il gas resterà intrappolato per sempre in un ambiente che probabilmente non conosceremo mai.

In effetti nessuno sa e mai potrà sapere cosa c’è dentro un buco nero; se c’è materia, e in tal caso in quale stato si trova, oppure no. 

Gli scienziati considerano la superficie di un buco nero come un’area immaginaria, nella quale potrebbe non esserci affatto materia.

I confini di un buco nero sono infatti identificati da quello che si chiama orizzonte degli eventi.

Il raggio dell’orizzonte degli eventi, detto raggio di Schwarzschild, identifica le dimensioni di una sfera immaginaria all’interno della quale neanche la luce può più uscire, ma non identifica necessariamente un confine nel quale si incontra della materia. 

Alcuni scienziati, addirittura, credono che all’interno dell’orizzonte degli eventi non vi sia materia, ma uno squarcio nel tessuto spazio-temporale che potrebbe collegare due punti lontani dell’Universo.

Al di là delle speculazioni, una cosa è certa: al centro dello spazio delimitato dal buco nero c’è quella che di chiama singolarità. Tutte le grandezze fisiche in quel punto assumono valori infiniti o nulli. 

Poiché il concetto di infinito in fisica non esiste, questo significa che al centro di un buco nero non valgono più le leggi fisiche che conosciamo e che regolano il funzionamento dell’Universo.

I buchi neri non si generano solamente dal collasso di stelle di grande massa, ma anche al centro delle galassie, regioni nelle quali la grande concentrazione di materia genera buchi neri con una massa miliardi di volte superiore a quella del Sole, detti buchi neri galattici.

A quanto risulta, ogni galassia, compresa la Via Lattea, ha un buco nero molto massiccio nel centro.

Domande e risposte: Cosa sono le supernovae?

Le supernovae sono probabilmente gli eventi più violenti ed energetici dell’Universo e per ora anche i più imprevedibili.

Quando una stella almeno 8 volte più massiccia del Sole brucia velocemente tutto il combustibile nel nucleo, la sua esistenza si accinge a terminare in modo spettacolare. 

Per gran parte della propria vita, come tutti gli astri, brucia idrogeno trasformandolo in elio. Quando l’idrogeno finisce la stella si espande, il nucleo si contrae e raggiunge una temperatura ancora più elevata, attorno ai 100 milioni di gradi, sufficiente a rimpiazzare l’idrogeno con l’elio.

La fusione dell’elio produce carbonio e ossigeno, ma genera meno energia, per cui la stella è costretta a bruciare molto più carburante

Ben presto termina anche l’elio. Il nucleo si contrae di nuovo e l’aumento di temperatura riesce a fondere anche carbonio e ossigeno, generando elementi ancora più pesanti, ma producendo sempre meno energia.

La stella cerca in tutti i modi di evitare un destino inevitabile, utilizzando come carburante tutti gli elementi che sono stati prodotti dalle reazioni nucleari precedenti.

Ma ad un certo punto le leggi della Natura dicono basta.

Arrivati al ferro i processi di fusione non producono più energia, anzi, la richiedono dall’esterno. La stella, quindi, non può fare nient’altro per evitare che il nucleo, composto quasi esclusivamente di questo metallo, collassi su se stesso senza il contrasto dell’energia liberata dalla fusione nucleare.

La contrazione è estremamente violenta e rapida, al punto che l’intera struttura rimbalza su se stessa scatenando una violentissima serie di reazioni nucleari che interessano anche gli strati esterni. 

L’astro esplode letteralmente con una potenza inaudita, generando la supernova.

La struttura stellare si disintegra.

I pezzi di stella vengono proiettati nello spazio a decine di migliaia di chilometri al secondo.

L’esplosione rilascia una quantità di energia pari a centinaia di miliardi di volte quella del Sole, risultando visibile anche a distanza di centinaia di milioni di anni luce.

Le supernovae sono eventi estremamente rari in una galassia. Nella Via Lattea gli scienziati stimano un’esplosione del genere ogni 50-100 anni.

Grazie all’elevato numero di galassie osservabili nel cielo, assistere a un’esplosione di una supernova extragalattica non è poi così raro. Ogni anno sono infatti diverse decine gli eventi di questo tipo che vengono scoperti, non di rado dai telescopi degli astronomi dilettanti. 

L’energia rilasciata da una supernova è così grande che è stato calcolato che se ne esplodesse una in un raggio di 100-150 anni luce le radiazioni gamma emesse potrebbero cancellare in un colpo gran parte della vita sulla Terra, compreesi noi esseri umani.

Fortunatamente non si conoscono stelle abbastanza massicce nelle vicinanze del Sole che potrebbero provocare un disastro di tale portata.

Nel passato della Terra, tuttavia, gli scienziati pensano di aver individuato almeno un evento di estinzione di massa legato all’esplosione di una supernova vicina. Circa 450 milioni di anni fa scomparve l’85% di tutte le specie viventi, probabilmente a causa dei raggi gamma provenienti da una supernova vicina.

La supernova del 1054 ha formato la Crab nebula

Negli antichi documenti storici sono diverse le supernovae galattiche osservate, anche in pieno giorno.

Famoso è il caso della stella che nel 1054 si rese visibile per alcune settimane, brillante quasi come la Luna piena vista ad occhio nudo. Quella supernova, a distanza di quasi 1000 anni, ha generato una delle nebulose più belle e brillanti: la nebulosa del granchio, nella costellazione del Toro.

Per assistere all’esplosione di una stella nella nostra galassia, che sia effettivamente visibile, bisogna avere un po’ di fortuna. 

Attualmente sono due le candidate ideali: Antares, la stella più brillante della costellazione dello Scorpione e Betelgeuse, astro rosso di Orione. Secondo gli astronomi, entrambe sono molto prossime alla fine spettacolare e violenta della loro vita, ma anche in questo caso, il termine “molto prossimo” identifica un momento casuale da qui a diverse centinaia di migliaia di anni. Meglio, quindi, non passare la propria vita sperando di assistere alla loro esplosione; tanto se dovesse succedere ce ne accorgeremmo perché diventerebbero decine di volte più brillanti di Venere e perfettamente visibili anche di giorno, almeno per uno o due mesi.

Poi, lentamente la luce si affievolirà e nel corso di qualche mese quell’angolo di cielo che per milioni di anni è stato abitato da un astro brillante, risulterà improvvisamente orfano per sempre di una delle gemme più belle.

Una supernova unica: osservatela

La supernova 2011fe è la stella più brillante di questa foto

Una supernova rappresenta il canto del cigno (in grande stile) di una stella almeno 8 volte più massiccia del Sole, un'esplosione così violenta da distruggere completamente la stella e da rilasciare ogni secondo l'energia di centinaia di miliardi di soli.
Con queste premesse, non è difficile rendersi conto che quando una stella esplode come supernova, aumenta di luminosità di miliardi di volte, rendendosi visibile anche a distanze enormi.
Le supernovae sono (fortunatamente per noi) eventi piuttosto rari in una galassia; si stima che nella Via Lattea ne esploda una ogni 50-70 anni, ma a causa della nostra posizione, noi ne possiamo effettivamente vedere mediamente una ogni circa 200 anni.
Date le energie in gioco, le supernovae si osservano comunque anche in altre galassie, sebbene non ad occhio nudo.

Proprio negli ultimi giorni di agosto è apparta una supernova nella galassia M101, situata nella costellazione dell'Orsa maggiore, una delle galassie a noi pià vicine, solamente 21 milioni di anni luce.
La relativa vicinanza ha fatto si che la supernova sia aumentata così tanto di luminosità da diventare visibile anche con un binocolo (magnitudine 10) e con ogni piccolo telescopio da almeno 80 mm di diametro.

Poter osservare una supernova così brillante rappresenta un evento rarissimo, una di quelle occasioni che difficilmente si ripresenta di nuovo nell'arco di una vita, quindi vi invito a puntare un telescopio verso questa galassia ed osservare una stellina che non è presente su nessuna mappa: quella stellina rappresenta l'immane esplosione di una stella gigantesca, avvenuta a 21 milioni di anni luce di distanza, quindi 21 milioni di anni fa.
Sebbene la visione non sia spettacolare per gli occhi, spero possa esserlo per il cuore e la mente, perché alla fine questo è proprio il senso principale del fare osservazioni astronomiche: appagare il proprio essere.

Dal punto di vista scientifico, l'esplosione di una stella così vicina rappresenta una ghiotta occasione per conoscere in dettaglio i complessi meccanismi associati alle fasi finali degli astri di grande massa, ancora piuttosto sconosciuti.
L'ultima esplosione stellare osservata da vicino risale al 1987, quando nella Grande Nube di Magellano si accese improvvisamente una stella sino a quel momento debolissima.

Se volete avere maggiori informazioni ed una cartina per rintracciare la galassia e la supernova, vi consiglio di dare un'occiata qui