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SUPERNOVE
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Cos'è una supernova?
Una supernova è un'esplosione stellare estremamente energetica che segna la fine della vita di una stella massiccia. Questi eventi rilasciano una quantità di energia pari a quella emessa dal Sole durante l'intero ciclo di vita, e possono essere visibili anche a distanze cosmiche. Le supernove sono fondamentali per la formazione degli elementi chimici più pesanti e per la dinamica delle galassie.
Tipi di supernove
Le supernove sono classificate in base alle caratteristiche spettrali e ai meccanismi di esplosione:
Tipo I – Senza idrogeno
Tipo Ia: Derivano dall'esplosione di nane bianche in un sistema binario. Quando la nana bianca accumula massa dalla sua compagna e supera il limite di Chandrasekhar (circa 1,4 masse solari), innesca una fusione termonucleare incontrollata che distrugge completamente la stella. Queste supernove sono utilizzate come candele standard per misurare le distanze cosmiche.
Tipo Ib e Ic: Originano dal collasso di stelle massicce che hanno perso gli strati esterni di idrogeno (e in alcuni casi anche di elio) a causa di venti stellari intensi o interazioni con compagni. Le supernove di tipo Ic, in particolare, hanno perso sia idrogeno che elio.
Tipo II – Con idrogeno
Tipo II-P: Mostrano un plateau luminoso nella curva di luce, indicando un rilascio energetico costante per un periodo prolungato. Questo comportamento è dovuto all'espansione e al raffreddamento dell'involucro esterno della stella.
Tipo II-L: Presentano una diminuzione lineare della luminosità dopo l'esplosione, senza il plateau osservato nelle tipo II-P. Questo suggerisce una diversa struttura interna della stella prima dell'esplosione.
Tipo II-n: Caratterizzate da linee spettrali di idrogeno molto larghe, indicano un'interazione intensa con il materiale circostante, spesso a causa di un'elevata velocità di espansione.
Meccanismi di esplosione
Supernove di tipo II (collasso del nucleo)
Quando una stella massiccia (almeno 8 volte la massa del Sole) esaurisce il combustibile nucleare, il nucleo non riesce più a sostenere la pressione gravitazionale e collassa. Questo collasso provoca un aumento della temperatura e della densità, innescando una reazione esplosiva che espelle gli strati esterni della stella. Il nucleo residuo può trasformarsi in una stella di neutroni o, se la massa è sufficiente, in un buco nero.
Supernove di tipo Ia (esplosione termonucleare)
In un sistema binario, una nana bianca accumula materia dalla compagna fino a raggiungere il limite critico. A questo punto, la fusione termonucleare avviene simultaneamente in tutto il volume della stella, causando un'esplosione catastrofica che distrugge completamente la nana bianca.
Nucleosintesi nelle supernove
Le supernove sono responsabili della formazione di elementi chimici pesanti attraverso processi di nucleosintesi:
Processo r (rapido): Durante l'esplosione, la densità e la temperatura sono così elevate che i neutroni vengono catturati rapidamente dai nuclei, formando isotopi pesanti che decadranno in elementi stabili come oro, platino e uranio.
Processo s (lento): In ambienti meno estremi, i nuclei catturano neutroni a un ritmo più lento, formando elementi come stronzio e bario.
Questi elementi vengono espulsi nello spazio e incorporati nella formazione di nuove stelle, pianeti e, eventualmente, nella vita stessa.
Ruolo cosmologico delle supernove
Arricchimento chimico: Le supernove disperdono elementi pesanti nell'interstellare, arricchendo il mezzo e contribuendo alla formazione di nuove generazioni di stelle e pianeti.
Formazione stellare: Le onde d'urto generate dalle supernove possono comprimere nubi di gas, innescando la formazione di nuove stelle.
Misurazione delle distanze cosmiche: Le supernove di tipo Ia servono come candele standard per determinare le distanze nell'universo, contribuendo alla comprensione dell'espansione cosmica e dell'energia oscura.
Supernove famose
SN 1987A: La supernova più vicina osservata nel XX secolo, situata nella Grande Nube di Magellano. Ha fornito informazioni cruciali sulla formazione di stelle di neutroni.
SN 1006: La supernova più luminosa mai registrata, visibile anche di giorno, osservata nel 1006 d.C.
SN 1572 (Tycho's Supernova): Osservata dall'astronomo danese Tycho Brahe, ha contribuito alla comprensione delle supernove come eventi esplosivi.
Curva di luce delle supernove
La curva di luce è il grafico della luminosità di una supernova in funzione del tempo e varia a seconda del tipo:
Tipo Ia: hanno una curva di luce ben definita e molto simile tra loro, con un rapido aumento di luminosità seguito da un lento declino. Questo permette di usarle come candele standard per misurare distanze cosmiche precise.
Tipo II-P: mostrano un plateau (livello costante di luminosità) per settimane o mesi dopo l’esplosione, dovuto all’espansione e raffreddamento dell’involucro di idrogeno.
Tipo II-L: luminosità decrescente in modo lineare dopo il picco, indicando un inviluppo meno massiccio o diverso.
Resti di supernova
Dopo l’esplosione, ciò che rimane è un resto di supernova: una nube di gas e polveri in espansione. I resti più famosi includono:
Nebulosa del Granchio (M1): Resto di una supernova osservata nel 1054 d.C., è una delle fonti di raggi X e onde radio più studiate.
Cassiopea A: Resto giovane nella nostra galassia, con un nucleo probabilmente diventato una stella di neutroni o un buco nero.
Effetti sull’ambiente circostante
Onde d’urto: L’espansione del gas espulso genera onde d’urto che riscaldano e comprimono il gas interstellare, influenzando la formazione stellare nelle vicinanze.
Espulsione di elementi pesanti: Questi elementi sono fondamentali per la chimica dei pianeti e della vita, poiché elementi come carbonio, ossigeno, ferro e altri vengono prodotti e dispersi.
Supernove rare e particolari
Superluminose: Alcune supernove sono molto più luminose delle normali, fino a 100 volte, come le supernovae superluminose di tipo IIn o supernovae ipernove associate a gamma-ray burst (GRB).
Supernova di Pair Instability: Evento teorico di stelle molto massicce (>130 masse solari) in cui la pressione interna si abbassa drasticamente a causa della formazione di coppie di elettroni-positroni, portando a un’esplosione totale senza residui.
Utilizzo cosmologico
Le supernove Ia hanno permesso la scoperta dell’accelerazione dell’espansione dell’universo, attribuita all’energia oscura, grazie al loro uso come indicatori di distanza affidabili.
Confrontando la luminosità attesa e osservata, gli astronomi hanno dedotto che l’universo si espande più rapidamente del previsto.
Tecniche di osservazione
Telescopi ottici e infrarossi: per catturare la luce visibile e vicino all’infrarosso delle supernove.
Rilevatori di raggi X e gamma: per studiare i fenomeni energetici associati all’esplosione e all’interazione con il mezzo circostante.
Ondemometri gravitazionali: per rilevare onde gravitazionali associate a eventi catastrofici come collisioni di stelle di neutroni che possono produrre supernove di tipo particolare.