Come muoiono le stelle

Le stelle muoiono in modi estremamente eterogenei. A volte il residuo di un nucleo dopo una supernova rimane attivo dopo il collasso della stella e può lanciare getti di materiale che sfiorano la velocità della luce. Il getto stesso può distruggere la stella con più energia da quella prodotta da una supernova.

Altre volte negli ultimi giorni o anni della sua esistenza una stella spazza via una percentuale importante del proprio gas in una serie di violente eruzioni. Queste fini estreme rivelano quanto ancora poco sappiamo sul ciclo stellare. La vita di una stella è la storia di forze in eterna contrapposizione.

Le stelle si formano in nubi interstellari di idrogeno gassoso quando la gravità fa contrarre una parte della nube in modo così intenso da superare la spinta verso l’esterno data dai campi magnetici e dalle particelle di gas ad alta velocità. A quel punto un frammento della nube collassa, la densità aumenta di un ordine di grandezza pari a 20, gli atomi di idrogeno collidendo iniziano a formare elio e la fusione inizia. Una nuova stella è nata.

La stella vive anch’essa all’interno di un dualismo di forze che si contrappongono, dove la gravità spinge verso l’interno dell’astro e la pressione della fusione nucleare verso l’esterno. Questo equilibrio consente alla stella di “vivere”. L’evoluzione di una stella dipende dalla sua temperatura che a sua volta dipende dalla massa. Più una stella è massiva e più “massicci” sono gli elementi che può forgiare e più rapidamente conclude il suo ciclo vitale.

Le stelle più leggere come il Sole fondono atomi di idrogeno forgiando elio e lo fanno per tantissimo tempo. Il Sole dopo 4 miliardi di anni è ancora in questa fase e lo sarà ancora per 3 o 4 miliardi di anni. Le stelle leggere vivono molto meno, circa 10 milioni di anni, ma producono ossigeno, carbonio, neon, azoto, magnesio, silicio e ferro. La massa di una stella determina anche come essa morirà.

Le stelle con massa meno di 8 volte inferiore al Sole hanno una fine relativamente tranquilla. Si trasformano in nane bianche, oggetti caldi e densi, con circa la metà della massa del Sole e dimensioni appena maggiori della Terra. Le stelle più pesanti muoiono invece in modo violento a causa delle enormi pressioni e temperature che si raggiungono nei loro nuclei.

Quando la catena di fusione si interrompe nel momento in cui si arriva a generare il ferro, la gravità prende il sopravvento ed il nucleo collassa. A questo punto il nucleo diventa una stella di neutroni, uno stato delle materia estremo ed esotico. Se la stella ha più di 20 masse solari la gravità supera anche l’interazione nucleare forte e la stella di neutroni collassa a sua volta diventando un buco nero.

In ogni caso una parte dell’energia rilasciata durante il collasso del nucleo espelle gli strati esterni della stella verso lo spazio dando vita ad un’esplosione così luminosa da superare per qualche giorno la luminosità complessiva di tutte le stelle della galassia.

Si tratta delle supernove che l’uomo osserva fin dal 1572 dopo le prime osservazione dell’astronomo danese Tycho Brahe. Una prima scoperta che le stelle muoiano anche in modi estremi risale agli anni sessanta con l’individuazione dei GRB, i gamma ray burst così chiamati per la forte emissione di raggi gamma. E’ probabile che queste emissioni si verifichino quando una stella di massa elevata collassa diventando una stella di neutroni o un buco nero.

Secondo una recente ricerca più stelle di quanto si riteneva fino ad adesso emettono gas alla fine della loro vita. Un gas che si è disperso negli ultimi istanti della vita della stella ciò sta a significare che l’astro aveva perso una parte significativa della sua atmosfera esterna nelle ultime settimane di vita, dopo aver brillato per milioni di anni. Il 28 gennaio 2020 poi, Anna Y.Q. Ho, che all’Università della California a Berkeley studia le morti catastrofiche di stelle dalla massa elevata, è riuscita ad osservare un GRB proveniente da una stella esplosa quando l’universo aveva appena 2,3 miliardi di anni. I fotoni dell’esplosione avevano impiegato 11,4 miliardi di anni per raggiungere la Terra. Oggi la posizione fisica dell’esplosione, per effetto dell’espansione dell’universo, si colloca a 21 miliardi di anni luce.

La giovane dottoranda ha scoperto diverse manifestazioni stellari insolite. Per trarre conclusioni solide adesso occorre ricercare la regolarità di queste manifestazioni estreme. Molte sono le domande ancora senza risposte. Quali sono le frequenze relative ad ogni tipo di esplosione? Queste diverse categorie sono effettivamente tipologie di morte stellare differenti oppure sono manifestazioni diverse dello stesso fenomeno?

Per rispondere a queste domande occorrerà un catalogo molto più nutrito di questi fenomeni. Fra pochi anni, quando sarà pronto l’osservatorio Vera Rubin, con la più grande fotocamera digitale mai costruita (3 miliardi di pixel) gli astronomi avranno un’arma in più per comprendere cosa provoca le morti più estreme e spettacolari di una stella

fonte:

Le Scienze, febbraio 2021, ed. cartacea