Astronomica 6 – Supernovae

Torna a grande richiesta Astronomica. Ho un po’ trascurato l’argomento, e visto che oggi ho avuto un pochino di tempo, perché no.
Ho pensato di rispondere alla mail di Roberta, che mi chiede di parlare di Supernovae. E di quello parleremo.

Innanzitutto, cosa sono. Siamo abituati a pensare al cielo come un posto sempre identico a se stesso; il poeta Manilio, che scrisse il poema Astronomica (guarda i casi della vita…) diceva

omnia mortali mutantur lege creata,[...]
at manet incolumis mundus suaque omnia servat,
quae nec longa dies auget minuitque senectus,
nec motus puncto curvat cursusque fatigat:
idem semper erit, quoniam semper fuit idem.
Non alium videre patres aliumve
nepotesaspicient: deus est, qui non mutatur in aevo.

che in italiano suona circa così

muta tutto ciò che è soggetto alla legge di morte[...]
ma rimane intatto il cielo e conserva tutto ciò che è suo,
non lo accresce un lungo spazio di tempo né si riduce invecchiando;
non lo piega per nulla il movimento né lo affatica la corsa:
sarà sempre uguale perché uguale è stato sempre.
Non diverso lo videro i padri né diverso lo vedranno
i nipoti:è dio e non cambia nel tempo.

La scienza ci dice che in verità il quadro è molto diverso, il cielo muta eccome, ma spesso lo fa con tempi così lunghi paragonati alla nostra vita che non siamo in grado di apprezzarli. In verità, però, il cielo è pieno anche di fenomeni transienti, ossia temporanei, i cui tempi scala possono essere apprezzati anche dai noi ometti dalla vita breve. Le supernovea appartengono a questa categoria. Sono sorgenti luminose fortissime che si accendono all’improvviso in cielo, là dove prima vedevamo stelle molto deboli o non vedevamo proprio nessuna sorgente luminosa.
Una delle più famose oggi ci appare così: 

Crab Nebula (Nebulosa del Granchio)
 

È la nebulosa del Granchio, una supernova che apparve in cielo nel 1054, e conosciamo la data con così tanta precisione perché la cosa venne registrata dagli astronomi cinesi. Pare fosse così luminosa che la si poté osservare persino di giorno per 23 giorni di fila, e per altri 653 la si poteva osservare di notte ad occhio nudo.
Ma cos’è una supernova?
Banalmente, semplificando quindi molto, è una stella che esplode. Di evoluzione stellare abbiamo già parlato un po’ nel post sui buchi neri; è ora di rinfrescare l’argomento.
Vi ricordo che una stella è sostanzialmente un motore a fusione nucleare; vuol dire che “brucia” un determinato carburante trasformandolo in qualcos’altro. Ad esempio, per la gran parte della sua vita brucia idrogeno in elio. Nella stella, si fronteggiano ed equilibrano due forze contrastanti: la forza di gravità della massa di cui è composta, che tende a farla diventare sempre più piccola (si dice collassare) e la pressione di radiazione, ossia la forza di espansione dovuta alle reazioni termonucleari che avvengono nel suo nucleo. Nelle stelle che vediamo in cielo, le due forze sono in equilibrio.
Ora, una stella consuma carburante. Quando questo finisce, succede che la pressione di radiazione diminuisce, e la forza di gravità prevale per un po’, riuscendo a far contrarre la stella. Questo processo può essere fermato da vari fenomeni; ad esempio, man mano che la stella si contrae si riscalda, e questo le permette di iniziare a bruciare altri carburanti, ad esempio l’elio che ha prodotto, che si trasforma in carbonio. Il processo può andare avanti per un po’. Per esempio, una parte della catena è
idrogeno –> elio
elio –> carbonio
carbonio –> azoto
azoto –> ossigeno

finché non si arriva a produrre il ferro. Quel che avviene, a questo punto, è che non è possibile bruciare il ferro in altro mantenendo al contempo la stella in equilibrio. Infatti l’energia necessaria per bruciare il ferro sarebbe superiore all’energia che verrebbe prodotta dalla reazione. In questo caso si dice che la reazione è endoenergetica. È come quando si gioca al gratta e vinci; comprate dieci biglietti da 3 euro, per una spesa complessiva di 30 euro, e poi finite a vincerne 10 su un biglietto. La spesa è stata superiore alla vincita. Stessa cosa per il bruciamento del ferro. Indi per cui, non si produce più ferro per fusione nucleare.
A questo punto, il nucleo della nostra stella si trova in condizioni estreme; la temperatura è elevatissima, dell’ordine del miliardo di gradi, la densità spropositata. Elettroni e protoni (due dei costituenti fondamentali dell’atomo, i primi carichi negativamente, i secondi positivamente) interagiscono formando particelle che si chiamano neutrini. In questo processo, il nucleo si raffredda, e si contrae. Il processo è catastrofico, si autosostiene, e più il nucleo si raffredda, più il processo è efficiente. L’hanno chiamato processo URCA, dal nome di un Casinò di Rio de Janeiro in cui la gente finiva in rovina a forza di giocare. Per dire.
E poi? Questo processo ha effetti catastrofici sulla struttura della stella. In pratica, gli strati esterni “precipitano”, collassano, sul nucleo di ferro, ci “rimbalzano sopra” (sì, non è molto tecnico, ma rende l’idea) e la stella esplode. Voilà. Supernova. Per inciso, in questo momento fenomeni di nucleosintesi (ossia trasformazione di un qualche elemento in qualcos’altro) diversi dalla fusione permettono la produzione di elementi più pesanti del ferro. Del resto, sulla terra è pieno di elementi più pesanti del ferro, qualcuno dovrà pure averli prodotti. Quel qualcuno sono le supernovae.
Quel che resta dopo l’esplosione è l’immagine che vi ho postato in apertura: una nube di materiale espulso da questo gigantesco “botto”. A volte, al centro della nube può rimanere altro: un buco nero, ad esempio, o un stella di neutroni. A volte non resta niente. Dipende tutto dalle dimensioni iniziali del progenitore della supernova, ossia della stella che è esplosa.
In verità, nessuno sa esattamente come una supernova esploda. Tutti i modelli che abbiamo descrivono il collasso e la successiva espansione, ma non spiegano come, quando e perché la stella esploda. Quella che ho usato è una descrizione, rozza quanto si vuole, ma efficace che spiega come molti pensano che avvenga l’esplosione, ma per la verità nessuno conosce davvero questo meccanismo.
Le esplosioni di supernova sono tra gli eventi più catastrofici che si possano osservare in cielo. Producono una marea di radiazione, e sono luminosissimi. Per esempio; let me introduce you SN2002cv, una supernova che è stata scoperta dall’osservatorio astronomico di Campo Imperatore. 

SN2002cv
 

L’aggeggio allungato che vedete è una galassia. Il pallino luminoso indicato dalle freccette bianche è la supernova. Come vedete, la sua luminosità è confrontabile con quella della galassia, e vi ricordo che una galassia è composta da decine, centinaia di miliardi di stelle.
Ora, la storia che vi ho raccontato in verità riguarda solo un tipo di supernova, quello di tipo II. Ebbene sì, quello delle supernovae è un fenomeno molto complesso, e ce ne sono di svariati tipi e sottotipi. Ve li elenco per completezza, ma non ho alcuna presunzione di essere esaustiva. La differenza tra i due gruppi principali, supernovae di tipo I e II sta negli elementi presenti nella nube di gas che generano. A spanne, se c’è l’idrogeno, stiamo parlando di supernovae di tipo I, se non c’è abbiamo il tipo II. Poi esistono svariati sottotipi; ad esempio, le tipo I si dividono in Ia, Ib e Ic. Tanto per dire, le Ia nascono in sistemi binari. Volgarmente: due stelle che si girano intorno. Una è una stella “qualsiasi” (in cui ancora sono presenti reazioni termonucleari di qualche tipo), l’altra una nana bianca. Credo di avervelo già detto, ma una nana bianca è una stella “morta”, in cui non ci sono più reazioni termonucleari, e che è solo molto, molto calda. Ora, se le due stelle sono abbastanza vicine, la nana bianca inizia a succhiare materia dalla compagna. Questo disegno illustra molto bene il fenomeno

supernova di tipo Ia
 

A questo punto, superato un certo valore di massa, detto limite di Chandrasekar (poi un giorno vi racconto di quest’uomo), la nana bianca si contrae, si innescano le reazioni termonucleari e la stella esplode. Generalmente, questo tipo di supernovae non lasciano nulla se non una nube di gas.
Concludo con una cosina graziosa: questo è un filmatino che simula l’esplosione della Crab Nebula. 

 Qualche fonte per chi vuole saperne di più:
http://apod.nasa.gov/apod/ap981122.html
http://www.seds.org/messier/m/m001.html
http://www.bo.astro.it/universo/webcorso/webleggere/ferraro/fe2.html
http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htmmainRecord=http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/contents/lngs_it/public/educational/physics/supernova/

Le immagini sono prese da
http://www.xilostudios.com/Stelio_montebugnoli.htm
http://sirio.rm.astro.it/cimperatore/it/site.html
http://www.osservatorioacquaviva.it/
http://www.youtube.com

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29 risposte a Astronomica 6 – Supernovae

  1. HomerJaySimpson scrive:

    ciao a tutti.. sono francesco e in giro x il web mi trovate spesso con questo nick a parte qualche volta…
    sono appassionato di astronomia sin dalla tenera età di sei anni (ora andiamo x i 16…)
    comunque..
    @ carlo
    sono d’accordo. siamo troppo bastardi e anche se stiamo avvelenando il nostro povero pianeta blu ci salveremo x il rotto della cuffia xk siamo troppo bastardi e non daremo al mondo la gioia della nostra scomparsa.
    @zac
    argh! al classico in prima!! noi in quinta al pni scientifico!! non è giusto.. noi abbiamo solo scoperto che la polare indica il nord.. :O naturalmente vista la luminosità attuale del cielo nessuno la sa riconoscere……… grrrr.

    @ giuliano
    hai ragione. piccola precisazione se la memoria non mi tradisce… il sole dovrebbe espandersi fino a quasi l’orbita di marte
    ergo…
    acta fabula est potranno dire tra 4500000000 anni…
    bon saluti non chiedetemi il xk di questo post, si sono strano :)
    vado in cerca di info se posso fare l’astronauta o meno.. :(
    ciao!!

  2. Carlo scrive:

    Secondo me la razza umana durera’ praticamente per sempre. Siamo troppo bastardi.

  3. Zac scrive:

    sì, il primo anno (cioè quello appena finito) abbiamo fatto scienze della terra, adesso dovremmo fare biologia… bello, non vedo l’ora.
    continuando sulla linea di licia come insegnante, credo davvero che la morte sia una delle possibili reazioni… mi immagino nelle interrogazioni:
    “zac, allora: vogliamo confermare il voto che ti ha lasciato la mia collega un anno fa??”
    “c-certo…”
    “dunque, parlami della forza di coriolis”
    “sì… la forza di coriolis… ehm… la forza di coriolis è quella forza apparente che… ehm… che mi attira ai tuoi libr… NO, scherzavo… dunque… che provoca uno spostamento della direzione verso destra o verso sinistra a seconda dell’emisfero dei corpi che viaggiano liberamente.”
    “bene zac. ultima domanda. cos’è la morte calda?”
    (è quella cosa che mi sta per ammazzare…)
    “dunque, la morte calda è una possibile fine in cui potrà incorrere il Mondo Emers… NO, SKERZAVO… in cui potrà incorrere il nostro universo…”
    “zac ti vedo esitante. hai studiato ieri?”
    “no, professoressa, ho letto tutto il tempo il suo nuovo libro”
    “ma bene! 2!!! a posto zac, mi hai molto delusa!”
    “la prego professoressa, non dica così, mi UCCIDE!!!”
    “zac, un conto è la tua scrittrice preferita, un altro la tua professoressa. rispetta lei e la sua materia, poi puoi fare quello che vuoi!”
    “no, la prego!”
    “ZAC!!! vai fuoriiiiiiii!!!!”

    ehm… un accesso di fantasia… scusate, ultimamente ne ho molti. soprattutto prima di addormentarmi. invece di svuotare la mente creo storie… oh mio dio, mi sento pazzo… cmq spero che licia non sia così sadica. ahahahahahh ciao dal vostro
    Zac

  4. yasmine scrive:

    davvero scienze al primo anno??beato te!(beato lo dico solo xk ora sn in vacanza e mi sono scordata quant è stressante anke solo una lezione-_-’)…….in effetti hai ragione, studiare sarebbe impossibile;)…..io se la vedessi….no, niente svenimenti, catalessi o urla…..crepo direttamente XD!!!!!!!!!!!!!!!!

  5. Zac scrive:

    anch’io faccio il classico, e al primo anno ho studiato tutte ste cose delle supernove, giganti rosse e nane bianche… avere licia cm prof sarebbe davvero accattivante… solo che se me la ritrovassi davanti in classe non so che farei… o svengo, o rimango in catalessi o urlo o non so cos’altro. insomma, studiare sarebbe impossibile!!! ciao dal vostro
    Zac
    PS: complimenti davvero, bel post, spiegato perfettamente.

  6. Valberici scrive:

    Giuliano: tempo fa ho letto un articolo di una ricercatrice del MIT…dava alla razza umana non più di 15.000 anni…siamo una specie molto più “inefficiente” dei dinosauri :D

  7. yasmine scrive:

    licia complimenti!!hai spiegato in modo davvero esauriente=D……alle medie ero davvero un’appassionata di astronomia…..ma qui al liceo classico le scienze si cominciano dopo verso il terzo o quarto anno:(!!!….hehehe ad avere prof come te staremmo tutti meglio XD XD XD XD XD

  8. giuliano scrive:

    Barbara: il solo non esploderà, ma farà comunque una brutta fine.
    Diventerà prima una Gigante rossa, ossia si gonfierà e ingoierà mercurio, venere e forse anche la terra.
    Forse non ci ingoierà, ma in ogni caso non ci sarà da restare allegri: ogni cosa nella terra verrà bruciata, e la vita sarà impossibile.
    Poi diventerà una nana bianca, ma questa è un’altra storia.

    Dove andremo noi terrestri ? Beh! il sole entrerà nella fase di gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni (forse un po’ di più), ci sarà ancora l’umanità tra 5 miliardi di anni ? O troveremo il modo di fare una brutta fine molto, molto prima ?
    Ai posteri la risposta.

  9. nihal-dolphy scrive:

    @barbara: b’è, dicono che nel 2012 finirà il mondo… cmq credo che non vivremo a lungo se il sole esploderà, non tanto per l’oscurità ma piuttosto per i pezzi che cadranno nella terra…

  10. Barbara scrive:

    Bene
    e cosa succederà al sole quando avrà finito il carburante?
    Si lo so è più urgente preoccuparsi della fine del petrolio … però dove andremo quando anche il sole esploderà?
    Sempre che esistiamo ancora ….
    Ciao
    Barbara

  11. Carlo scrive:

    Alessandro, quello che abbiamo visto nel video avviene in circa 954 anni. :-) Infatti, come ha detto Licia, quella stella e’ stata vista esplodere nel 1054, e ora siamo nel 2008.

    E si’, vengono emesse radiazioni dannose e altre cosine mistiche. Se una supernova scoppiasse nelle nostre vicinanze, non sarebbe una cosa carina: esiste infatti anche l’ipotesi che i dinosauri si siano estinti a causa di una supernova vicina (alternativamente al solito meteorite).

  12. MAX scrive:

    affascinante :)

  13. Somy scrive:

    Post fantastico,anchio sono daccordo sul fatto che saresti un’ottima insegnante! :)

  14. nihal-dolphy scrive:

    anche a me piacerebbe che insegnassi, almeno non mi addormenterei durante la lezione… non voglio dire che mi addormento realmente in classe, però posso dire che sono presente solo fisicamente. il resto della testa e del cervello è dentro ai disegni che mi perdo a fare.

    ps: so che non centra xò, lo sai licia, sto facendo un fursuit su dubhe. da non confondere con i cosplay mi raccomando, è completamente diverso. appena l’ho finito ti mando una foto per email. ;P

  15. Moko92 scrive:

    WoW! è interessante! Mi piacerebbe assistere ad una lezione fatta da te! Sai spiegare benissimo! Bel Post! Complimenti!

  16. Seraph scrive:

    Che figata l’universo!
    Il post mi ha riportato alle mie vecchie lezioni di astronomia, le uniche o quasi che mi interessassero un po’ alla fine del liceo.
    Noi ce ne stiamo qui, proccupati per le nostre cosucce, atterriti se abbiamo un capello fuori posto, e la fuori l’universo ESPLODE alla faccia nostra, le galassie collassano o si espandono, le stelle si attraggono e si distruggono, si consumano e si mangiano l’una con l’altra…
    E noi, figli di questo universo stupendo e violento, che cerchiamo di trovare noi stessi in questo caos cosmico… questo grande gioco della materia e dello spirito senza inizio e senza fine… affascinati da mille inganni e illusioni, e persi nei nostri piccoli mondi…
    Che roba!
    Bye bye
    S.

  17. Alessandro scrive:

    Posso fare una domanda?
    Ma quello che noi abbiamo visto nel video, cioè l’esplosione della stella ed espansione di materia, energia, … ,… (vallo a sapere) in quanto tempo avviene? il viddeo riusciva a farci stare tutto in 36 sec ma nella realtà questo fenomeno quanto dura? secondi, giorni, anni? e poi le conseguenze quali sono? cioè per intenderci se di botto mi scomparisse una stella oltre al fattore emotivo, a radiazioni ed altre cosine mistiche che si librano per l’universo che succede?

    grazie
    Alexs

  18. odry keynes scrive:

    ciau licia!! come saresti comonda come compagna di banco XD comunque siii… perchè non facciamo un tour dei luoghi che ti hanno ispirato nella ragazza drago? *___* imp. miss black ed io pensavamo che potevamo darci l’appuntamento all’entrata di castel gandolfo… farci il giro e poi fare un pic-nick insieme in riva al lago!! facci sapere, please!!! kiss

  19. Licia scrive:

    Carlo: hai ragione, me n’ero completamente dimenticata…correggo subito, grazie mille!

  20. aster45 scrive:

    licia: io non avrei la pazienza di scrivere tutto quel po’ po’ di roba… ma come fai??? :P

  21. Carlo scrive:

    Articolo davvero fantastico, mi piace enormemente come sai spiegare le cose. La stella che collassando rimbalza sul nucleo di ferro… WOW! Bellissimo.

    Pero’, lo sai che sono un pignolo della madonna, ho il solito appunto da fare. Hai ben spiegato che, dopo il ferro, la reazione di fusione nucleare diventa endoenergetica. E poi aggiungi che non è possibile bruciare termonuclearmente il ferro in altro. Non so bene che cosa intendi con termonuclearmente, ma penso che sia bene precisare che il ferro brucia eccome, e viene trasformato in elementi piu’ pesanti (se no da dove verrebbero il rame, il piombo, l’argento, l’oro, il platino, l’uranio?). Non importa che la reazione sia endoenergetica: avviene lo stesso, il ferro viene trasformato in pochi secondi in elementi piu’ pesanti e nel farlo succhia energia invece di produrla. Per un drammatico momento abbiamo una stella incandescente fuori, e gelida dentro! Gli strati esterni precipitano in caduta libera verso la zona interna, rimbalzano, e la stella si disintegra! :-) E cosi’ facendo spara nell’universo gli elementi piu’ pesanti – proprio quelli che costituiscono il nostro pianeta, e noi stessi.

    Siamo veramente “figli delle stelle”. O, piu’ propriamente, siamo figli delle supernovae.

  22. Mad Dog scrive:

    Meno male che credete che la nebulosa del Granchio sia una supernova… meglio che non sappiate la verità… i miei rutti a volte possono essere colossali…

    Ehi… avevo mangiato tanto… XD Erano anni in cui mangiavo molto di più… ehm… ho fame… dovrei avere un po’ di centauro da parte… GNAM MUAHAHAHAHHAHAHAHHAHAAH

  23. Bambybum scrive:

    Nel collasso dell’universo Asimov dice che l’universo è nato da una sbadataggine di mino reitano.
    Col mio 8×14 ho potuto verificare che è tutto vero.

  24. diletta scrive:

    licia ancora una volta grazie della lezione! Per me che vorrei fare fisica all’Università quello che scrivi è sempre fonte di continua conoscenza… grazie!

  25. Licia scrive:

    Ehm, mi sono appena accorta di un refuso, o meglio di un’imprecisione.
    L’immagine si SN2004cv che ho preso è diversa da quel che ricordavo. Fate finta esista solo quella rossa. In essa, la supernova è quella indicata dalle freccette bianche

  26. Miky scrive:

    Complimneti cm sempre.. sai spiegare benissimo.. Apparte skerzi, oltre alla scrittrice potresti fare davvero anke l’insegnante no? :P

    Miky

  27. Valberici scrive:

    Ah, un bel post apocalittico…… mi piace :)

  28. Davvero interessante, Licia! Ed il video è molto bello. Sai, assisterei molto volentieri ad una tua lezione!
    Ah, per quanto riguarda il progetto della gita a settembre… Pensavamo: e se facessimo un tour dei luoghi della Ragazza Drago?

  29. imp.bianco scrive:

    Brava Licia, bel post :P Ho visto il video sentendo la fine dell’Ouverture 1812 di Tchaikovsky… ci stava benissimo XD

    X-Bye

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