GLI ULTIMI RESPIRI DI UNA STELLA MASSICCIA

Quando una stella come Betelgeuse muore

Un gruppo di ricercatori ha previsto la luminosità della supernova generata quando una stella supergigante rossa come Betelgeuse esploderà. Questa stella massiccia sta pulsando e, a seconda del modo in cui lo sta facendo, la sua esplosione potrebbe essere più o meno spettacolare. Tutti i dettagli dello studio su The Astrophysical Journal

     03/03/2020
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Impressione artistica di una supernova. Le supernove sono incredibilmente energiche, in grado di eclissare, per poco tempo, un’intera galassia. Crediti: Eso/M. Kornmesser

Ultimamente Betelgeuse è stata decisamente al centro dell’attenzione dei media per via dell’importante diminuzione della sua luminosità, che ha lasciato sperare in un rapido avvicinamento al termine della sua vita. E quando una stella come lei – con una massa di oltre 10 volte la massa del Sole – muore, lo fa in modo spettacolare. La luminosità di questa stella recentemente era scesa al valore più basso degli ultimi cento anni, e molti appassionati di spazio si sono entusiasmati al pensiero che Betelgeuse potesse presto esplodere in una supernova, diventando visibile anche alla luce del giorno. In realtà, si è visto che dal 20 febbraio la sua luminosità sta iniziando ad aumentare nuovamente. Era già successo che la sua luminosità diminuisse ma il minimo di questa volta è stato proprio basso, rispetto ai precedenti, e il calo è risultato evidente perfino a occhio nudo.

Mentre la famosa stella nella spalla di Orione probabilmente scomparirà entro i prossimi milioni di anni – che è l’equivalente di un paio di giorni nel tempo cosmico – gli scienziati sostengono che la sua attenuazione sia dovuta al fatto che la stella stia pulsando. Il fenomeno è relativamente comune tra le supergiganti rosse, il gruppo al quale appartiene  Betelgeuse.

Jared Goldberg, primo autore di un recente studio sulle supergiganti rosse e le supernove. Crediti: Jared Goldberg

Gli astronomi di Uc Santa Barbara hanno già pronte le previsioni sulla luminosità della supernova prodotta quando una stella pulsante come Betelgeuse esploderà. Jared Goldberg, ricercatore alla National Science Foundation, ha pubblicato uno studio con Lars Bildsten, direttore del Kavli Institute for Theoretical Physics (Kitp) e Bill Paxton, membro del Kitp, che spiega in dettaglio come la pulsazione della stella influenzerà la sua esplosione. L’articolo è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.

«Volevamo sapere come apparirebbe una stella che esplodesse in diverse fasi della sua pulsazione», dice Goldberg. «I precedenti modelli sono più semplici perché non includono gli effetti dipendenti dalla pulsazione nel tempo».

Quando una stella delle dimensioni di Betelgeuse, al termine della sua vita, esaurisce il “combustibile” presente nel suo nucleo, perde la pressione di radiazione che normalmente contrasta la forza gravitazionale, impedendole di crollare sotto il suo immenso peso. Il conseguente collasso del nucleo avviene in mezzo secondo, molto più velocemente di quanto la superficie della stella e gli strati esterni vengano allontanati nello spazio, gonfiandosi attorno a ciò che rimane della gigante.

Quando il nucleo di ferro collassa, gli atomi si dissociano in elettroni e protoni. Questi si combinano per formare neutroni e nel processo rilasciano particelle ad alta energia chiamate neutrini. Normalmente, i neutrini interagiscono pochissimo con la materia – ogni secondo, 100mila miliardi di neutrini attraversano il nostro corpo senza che avvenga una collisione. Le supernove sono tra i fenomeni più potenti dell’universo. I numeri e le energie dei neutrini prodotti nel collasso del nucleo sono così immensi che anche se solo una piccola frazione si scontrasse con il materiale stellare, sarebbe più che sufficiente per generare un’onda d’urto in grado di far esplodere la stella.

Quell’esplosione andrebbe a colpire gli strati più esterni della stella con un’energia stupefacente, creando un bagliore capace di eclissare, anche se per poco, un’intera galassia. L’oggetto rimarrebbe brillante per circa 100 giorni, poiché la radiazione riuscirebbe a propagarsi verso di noi solo quando l’idrogeno ionizzato si ricombina con elettroni liberi, per tornare ad essere neutro. Questo procede dall’esterno verso l’interno, nel senso che gli astronomi riescono a vedere a profondità maggiori nella supernova col passare del tempo. A quel punto, tutto ciò che rimarrebbe sarebbe il debole bagliore del fallout radioattivo, in grado di continuare a brillare per anni.

Le caratteristiche di una supernova variano con la massa della stella, l’energia totale dell’esplosione e, soprattutto, il suo raggio. Ciò significa che la pulsazione di Betelgeuse rende più complicata la previsione di come esploderà.

A differenza della maggior parte delle stelle, Betelgeuse è abbastanza grande e abbastanza vicina da essere risolta con strumenti come il telescopio Alma. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao)/E. O’Gorman/P. Kervella

I ricercatori hanno scoperto che se l’intera stella pulsasse all’unisono – inspirando ed espirando, diciamo –  la supernova si comporterebbe come se Betelgeuse fosse una stella “statica” con un certo raggio. Tuttavia, diversi strati della stella potrebbero oscillare in modo opposto: gli strati esterni si potrebbero espandere mentre gli strati centrali si stanno contraendo, e viceversa.

Nel caso di una pulsazione semplice, il modello ha prodotto risultati simili ai modelli che non hanno tenuto conto della pulsazione stessa. «Appare come una supernova generata da una stella più o meno grande, a seconda dei diversi punti della pulsazione», spiega Goldberg. «È quando si iniziano a considerare pulsazioni più complicate, nelle quali c’è materia che si muove contemporaneamente verso l’interno e verso l’esterno, che le cose cambiano e il nostro modello prevede evidenti differenze».

In questi casi, i ricercatori hanno scoperto che quando la luce fuoriesce da strati di esplosione progressivamente più profondi, le emissioni sembrerebbero essere il risultato di supernove di stelle di dimensioni diverse. «La luce proveniente dalle parti della stella che si stanno comprimendo è più debole», aggiunge Goldberg, «proprio come ci aspetteremmo da una stella più compatta e non pulsante». Al contrario, la luce proveniente dalle parti della stella che si stavano espandendo in quel momento sembrerebbe più luminosa, come se provenisse da una stella più grande e non pulsante.

I risultati delle simulazioni eseguite specificamente su Betelgeuse verranno presentati da Goldberg, Andy Howell e Evan Bauer a Research Notes, la rivista della American Astronomical Society. Oltre a questo, Goldberg sta anche lavorando con Benny Tsang al confronto di diverse tecniche di trasferimento radiativo nelle supernove e con Daichi Hiramatsu al confronto tra modelli teorici di esplosione e osservazioni di supernova.

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