Supernova: Un'esplosione 3.000 milioni di volte più luminosa del Sole

Una stella non svanisce tranquillamente quando detona. Al suo picco, una supernova può apparire circa 3.000 milioni di volte più luminosa del Sole se i due fossero posti alla stessa distanza da un osservatore – un lampo violento abbastanza da essere tracciato da altre galassie per mesi.

Gli astronomi ordinano queste esplosioni in due grandi famiglie: alcune provengono dalla ricaccensione improvvisa e incontrollata di un nucleo stellare esaurito chiamato nana bianca, mentre altre segnano il collasso finale del nucleo di una stella massiccia. Entrambi i processi finiscono allo stesso modo, in un'esplosione che semina lo spazio con nuovi elementi e spesso lascia dietro di sé un cadavere strano e compatto.

Quello che segue non è lo schema generale che ogni articolo ripete. È una serie di numeri specifici e documentati: quanto velocemente i detriti volano, quanto lontano i più deboli sono stati misurati, e cosa è stato effettivamente trovato nascosto nei resti.

Una nana bianca è un nucleo stellare esaurito così denso che solo la pressione degli elettroni la impedisce di collassare ulteriormente. Se lentamente assorbe gas da una stella compagna, la sua massa può avvicinarsi al limite di Chandrasekhar, circa 1,44 volte la massa del Sole – il punto oltre il quale la pressione di degenerazione degli elettroni non può più tenere la stella contro la sua stessa gravità.

Una volta iniziata l'accensione, la stella non semplicemente collassa; detona. La materia viene lanciata verso l'esterno a 5.000-20.000 chilometri al secondo, circa il 6% della velocità della luce. Parte di questi detriti continua a espandersi per secoli: un evento a doppia degenerazione, in cui due nane bianche si fondono piuttosto che una che si nutre lentamente da una compagna, può spiegare perché G1.9+0.3, il più giovane resto di supernova conosciuto nella nostra galassia, si è mantenuto più luminoso e grande per decenni dopo la sua formazione.

Le supernovae sono abbastanza comuni che i sondaggi celesti professionali e amatoriali hanno trovato più di 200 nuove in un solo anno, 2012 – e SN 2012fr, scoperta quell'ottobre, si è classificata tra le più luminose del raccolto di quell'anno.

Questa luminosità è ciò che rende la cifra di 3.000 milioni più che un'astrazione: gli astronomi possono confrontare direttamente la luce di una stella in esplosione con quella del Sole, a distanza comparabile, e ottenere un rapporto reale piuttosto che solo un'impressione approssimativa. Osservare come un singolo oggetto passa dall'invisibile al brevemente più luminoso della sua stessa galassia è parte del motivo per cui la caccia alle supernovae continua a espandersi.

Alcune supernovae sono abbastanza antiche da essere state registrate da storici piuttosto che telescopi, eppure i loro detriti possono ancora essere misurati con precisione moderna. Il resto di SN 1006 – un'esplosione abbastanza luminosa da attirare attenzione in tutto il mondo medievale – si trova a circa 2,17 (più o meno 0,08) kiloparsec dalla Terra, una distanza determinata seguendo la lenta deriva dei suoi filamenti luminosi attraverso decenni di immagini.

Questa misurazione della distanza consente agli astronomi di lavorare all'indietro verso una luminosità di picco calcolata per l'esplosione originale, e il risultato si allinea con la metà della gamma di stime di luminosità registrate da osservatori che hanno osservato l'evento effettivo svolgersi molto prima che i telescopi esistessero.

Non tutte le esplosioni di nana bianca distruggono completamente la loro stella. Gli astronomi hanno identificato più di 30 inusuali "mini-supernovae" deboli – esplosioni così deboli che la nana bianca al loro centro potrebbe sopravvivere piuttosto che essere spazzata via.

Una di queste, SN 2012Z, si trova nella galassia ospite NGC 1309, a circa 110 milioni di anni luce di distanza. Il confronto con un evento altrettanto debole, SN 2008ha, mostra quanto può variare questa classe ridotta: SN 2012Z si classifica tra le più potenti di queste esplosioni sottodimensionate, mentre SN 2008ha si classifica tra le più deboli. Lo schema non era una sorpresa retroattivamente – già nel 2009, i ricercatori avevano già proposto che questo tipo di evento provenisse da una nana bianca accoppiata con una stella compagna di elio, anni prima che SN 2012Z desse loro la possibilità di testare direttamente l'idea.

Non tutte le supernovae sono deboli o vicine. ASASSN-15lh, la supernova più luminosa mai registrata, si trova a circa 3,82 miliardi di anni luce dalla Terra. Scoperta per la prima volta nel giugno 2015, ha raggiunto il picco a circa 570 miliardi di volte la luminosità del Sole – il doppio della produzione bolometrica di qualsiasi altra supernova conosciuta.

Una singola esplosione stellare brevemente più luminosa di centinaia di miliardi di Soli è un utile promemoria di quanta energia sia bloccata dentro una stella dall'aspetto ordinario prima che esploda.

SN 1987A rimane il parametro di riferimento della supernova vicina dell'era moderna. Gli astronomi la posizionano a circa 51,4 kiloparsec – circa 168.000 anni luce – il che la rende l'esplosione stellare più vicina che chiunque abbia mai documentato da quando Johannes Kepler ne ha tracciata una nel 1604, abbastanza vicina, e abbastanza recente, che strumenti in tutto il pianeta potessero studiarla in dettaglio.

La teoria prevedeva che il nucleo collassante avrebbe dovuto lasciare dietro di sé una stella di neutroni, ma per decenni nessuno poteva confermarne l'effettiva presenza. Questo è cambiato nel 2019, quando gli astronomi che utilizzano l'Atacama Large Millimeter Array hanno segnalato prove indirette di una stella di neutroni collassata dentro il resto. Qualunque cosa abbia sopravvissuto all'esplosione dovrebbe assomigliare a stelle di neutroni tipiche altrove: oggetti con un raggio di circa 10 chilometri che impacchettano circa 1,4 volte la massa del Sole.

La parola "supernova" stessa ha appena un secolo. Walter Baade e Fritz Zwicky si prendono il merito: la coppia ha introdotto il termine durante una lezione di astrofisica nel 1931, prendendo in prestito la "nova" che gli astronomi usavano già per un'illuminazione di una stella e aggiungendo "super" una volta che si sono resi conto che questi eventi erano categoricamente più grandi.

Uno degli oggetti che ha aiutato a rendere questa distinzione ovvia si trova dentro la Nebulosa del Granchio – i detriti di una supernova che gli astronomi cinesi hanno registrato nel 1054 d.C.

Al suo centro si trova la Pulsar del Granchio, una stella di neutroni larga soli 28-30 chilometri che ruota 30,2 volte ogni secondo – il residuo compatto di un'esplosione abbastanza luminosa che gli osservatori dall'altra parte del pianeta l'hanno registrata senza un telescopio, secoli prima che Baade e Zwicky dessero al fenomeno il suo nome.

• ESO: L'ascesa e la caduta di una supernova
• arXiv: Il resto di SN 1006 — Moti propri ottici, immagini profonde, distanza e luminosità al massimo
• arXiv: Giovani resti di supernovae di tipo Ia e i loro progenitori — SNR G1.9+0.3
• ScienceDaily: Hubble trova il sistema stellare supernova collegato al potenziale 'zombie star'
• Wikipedia: Supernova
• Wikipedia: Supernova di tipo Ia
• Wikipedia: SN 1987A
• Wikipedia: Stella di neutroni
• Wikipedia: Nebulosa del Granchio