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Spazio e Scienze

Un altro prezioso regalo di Kepler: il momento della morte di una stella

Kepler, il telescopio spaziale della NASA rimasto ormai senza carburante, fa agli scienziati un altro prezioso regalo: le primissime fasi di esplosione di una supernova.

Nella storia dell’esplorazione spaziale, è capitato diverse volte che specifici strumenti o missioni andassero ben oltre le aspettative dei loro stessi creatori, rivelandosi dei successi straordinari, sia dal punto di vista ingegneristico che del contributo scientifico. È il caso, ad esempio, delle missioni Voyager, che ancora oggi, a distanza di quarant’anni dalla loro messa in orbita, continuano a inviare dati. Oppure di Curiosity, che avrebbe dovuto esplorare Marte per circa due anni, ma che dopo sei continua a scorrazzare liberamente sulla superficie del pianeta rosso. E poi c’è Kepler

Messo in orbita nel 2009, e dopo una prima estensione della missione nel 2012, Kepler ha ufficialmente conclusa la sua attività il 30 ottobre del 2018. Grazie ad esso è stato possibile scoprire migliaia di pianeti extrasolari (il numero di esopianeti confermati al 13 dicembre è di 3869, senza contare quelli candidati), come mai era stato possibile in precedenza con altri strumenti.

Durante il suo ultimo anno di attività, Kepler è riuscito ad effettuare una nuova, sensazionale scoperta, che questa volta non riguarda però nuovi pianeti. Si tratta infatti dell’osservazione dei primissimi momenti dell’esplosione di una supernova.

Come probabilmente saprete, una supernova è l’atto finale della vita di una stella estremamente massiccia, che fa seguito al collasso dell’astro, non più sostenuto dalla pressione generata dalle reazioni nucleari che avvengono nel nucleo. Quest’ultimo collassa su stesso, formando una stella di neutroni o un buco nero, mentre gli strati esterni vengono espulsi con immane violenza, facendo sì che una singola stella raggiunga luminosità pari a quelle di un’intera galassia. Supernove di questo tipo, che sono anche le più comuni, sono chiamate “a collasso nucleare”. Tuttavia, esiste un secondo tipo di supernova, detto di tipo Ia, che si basa su un principio completamente diverso.

Crediti: NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair

Può capitare infatti che in un sistema binario di stelle, relativamente vicine l’una all’altra, una delle due evolva più rapidamente, terminando la propria vita come nana bianca. A questo punto può accadere, sotto specifiche condizioni, che la nana bianca cominci a “rubare” materia alla compagna, accrescendo la sua massa. Non a caso in passato per questo tipo di sistemi andava di moda la definizione di “stelle vampiro”. Bisogna ricordare ora che le nane bianche non sono altro che ciò che resta di una stella morta, ovvero un caldissimo nucleo di carbonio-ossigeno, che non è in grado di bruciare a causa della sua temperatura insufficiente per l’innesco delle reazioni di fusione nucleare. L’aumento della massa però, comporta un innalzamento della temperatura, fino a raggiungere, in alcuni casi il punto critico, equivalente alla massa di 1,44 masse solari. Oltre questo valore, la nana bianca comincia a collassare, in quanto la pressione dovuta alla struttura atomica, e nello specifico alla disposizione degli elettroni, non è più sufficiente a sostenerla contro la forza di attrazione gravitazionale.

Questo processo può generare l’avvio di una reazione di fusione incontrollata del carbonio, che porta all’esplosione della supernova, disintegrando completamente l’astro. Proprio questo tipo di fenomeno è stato osservato alcuni mesi fa da Kepler, ma con una particolarità. Infatti, nessuno può sapere quando una supernova esploderà, e per questo, di solito le si osserva dopo che l’esplosione è avvenuta. In questo caso invece, Kepler ha avuto un colpo di fortuna. Durante l’osservazione di un gruppo di galassie infatti, lo strumento è riuscito ad osservare una supernova Ia dalle primissime fasi della sua esplosione. Nello specifico l’esplosione della stella, denominata SN 2018oh, è stata rilevata il 4 febbraio 2018, nella galassia a spirale UGC 4780 situata nella costellazione del Cancro.

Crediti: NASA/JPL-Caltech

Inoltre, SN 2018oh si è rivelata una supernova alquanto particolare, poiché ha raggiunto il suo picco di luminosità circa tre volte più velocemente di quanto non accada di solito, e con temperature particolarmente elevate. Ciò, secondo uno dei team di scienziati che ha studiato il fenomeno, potrebbe essere dovuto all’onda d’urto generata dall’esplosione che, investendo la stella compagna, avrebbe provocato l’innalzamento della luminosità.

Un’altra teoria invece propone un meccanismo differente, basato sulla produzione di nichel radioattivo. Occorre ricordare a questo punto che l’Universo in origine era composto quasi esclusivamente di idrogeno ed elio. Tutti gli elementi più pesanti, fino al ferro, sono stati e vengono tutt’ora prodotti nei nuclei delle stelle durante le reazioni di fusione che le alimentano. Tuttavia, gli elementi della tavola periodica successivi al ferro possono essere prodotti solo in presenza di fenomeni incredibilmente energetici, ovvero le esplosioni di supernove. Nel caso specifico delle supernove Ia, un elemento tipicamente prodotto durante l’esplosione è il nichel 56, che è radioattivo. Se prodotto in grandi quantità, il suo decadimento può generare un aumento della luminosità, il che spiegherebbe il comportamento di SN 2018oh.

L’interesse nello studio di questi oggetti è duplice. Sicuramente è possibile in questo modo comprendere meglio i meccanismi che guidano la vita e l’evoluzione delle stelle. Inoltre le supernove Ia sono i marcatori fondamentali che consentono di studiare gli effetti della fantomatica energia oscura sull’espansione accelerata dell’Universo. Hanno dunque ricadute fondamentali anche in cosmologia, aiutandoci a comprendere meglio com’è fatto e come funziona l’Universo nel suo complesso.

Infine, pur essendo ormai Kepler rimasto senza carburante, la quantità di dati che esso ha raccolto è enorme e richiederà ancora molti anni di lavoro prima di mettere la parola fine a questa avventura. Insomma, Kepler potrebbe ancora avere in serbo molte sorprese.

 

Antonio D’Isanto è dottorando in astronomia presso l’Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania. La sua attività di ricerca si basa sulla cosiddetta astroinformatica, ovvero l’applicazione di tecnologie e metodologie informatiche per la risoluzione di problemi complessi nel campo della ricerca astrofisica. Si occupa inoltre di reti neurali, deep learning e tecnologie di intelligenza artificiale ed ha un forte interesse per la divulgazione scientifica. Da sempre appassionato di sport, è cintura nera 2°dan di Taekwondo, oltre che di lettura, cinema e tecnologia. Collabora con Tom’s Hardware per la produzione di contenuti scientifici.

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