5 – Esplosioni stellari: le supernovae Generalmente, le stelle di grande massa passano una fase violenta del loro ciclo vitale che termina con una esplosione: questa esplosione porta la stella a diventare una supernova. Analizziamo prima la “struttura a cipolla” di una stella in fase avanzata di evoluzione e concentriamoci sul nucleo di ferro.
Esso appare compatto con una massa di circa 1.4 volte la massa solare e con una dimensione pari a circa 2/3 di quella della Terra. Una volta che la stella si è stabilizzata, la fusione nucleare termina il suo ciclo poiché il ferro non induce alcuna reazione di combustione. La combustione nucleare – proprio come quella chimica – è possibile solo se le reazioni determinano un rilascio di energia. Ad ogni modo, la fusione del ferro con altri nuclei per formare nuclei ancora più pesanti richiede energia. Questa energia diventa disponibile solo durante la fase di esplosione della stella. Quindi il fatto che il ferro non segue la fase di bruciamento porta al collasso del nucleo della stella e all’esplosione degli strati più esterni. La gravità, che è stata bilanciata dalla pressione di radiazione verso gli strati più esterni, prende il sopravvento ed il nucleo di ferro contrae in pochi secondi, rilasciando una enorme quantità di energia. La quantità di energia è così enorme che è paragonabile a quella prodotta da 100 stelle come il Sole durante il corso della sua vita – che è dell’ordine di 10 miliardi di anni. Il grosso dell’energia viene trasportato verso l’esterno e diffuso nello spazio sottoforma di neutrini, una classe di particelle elementari. Una minore quantità di energia viene depositata negli strati inferiori dell’inviluppo che circonda il nucleo e alimenta l’esplosione della stella. L’energia depositata negli strati inferiori crea una forte onda d’urto che si trasmette verso la superficie della stella. L’onda d’urto riscalda l’inviluppo, induce reazioni nucleari esplosive ed espelle l’inviluppo a velocità dell’ordine di 10-15 milioni di Km/h. Durante questa fase esplosiva si formano gli elementi più pesanti del ferro che vengono immessi nel mezzo interstellare. Quando l’onda d’urto ha raggiunto la superficie della stella, interagisce molto rapidamente con gli strati superficiali e li rende brillanti. In un giorno o due la stella diventa così luminosa come un miliardo di Soli. Questo è l’istante quando un osservatore si rende conto che ha a che fare con l’esplosione di una stella, a meno che non sia stato tanto fortunato da rivelare un elevato flusso di neutrini che precede la fase del collasso gravitazionale del nucleo. Il termine “nova” – nuova - deriva dal fatto che appare una stella dove prima nessuna stella era presente. Il prodotto finale di questo evento è una stella compatta ed una sfera di gas in rapida espansione. La stella compatta è in genere una stella di neutroni oppure un buco-nero. La sfera di gas che viene espulsa si disperde nel mezzo interstellare e lo arricchisce con nuovi elementi che sono stati sintetizzati nel nucleo della stella esplosa. Essa forma ciò che gli astronomi chiamano il resto di supernova. Dopo alcune settimane, la luminosità dell’esplosione diminuisce, sebbene la supernova può rimanere visibile per mesi o persino anni su scale intergalattiche. Mediamente, circa 20-30 supernovae vengono scoperte nelle galassie esterne. Molte di esse sono troppo deboli per essere rivelate dai telescopi a causa della loro distanza. Gli astronomi chiamano le supernovae descritte prima supernovae di Tipo-II. Esiste un’altra classe – supernovae di Tipo-I – che descriveremo più avanti.
La Nebulosa Tarantola nella Grande Nube di Magellano, che dista 170000 anni-luce, (a sinistra ripresa nel 1984) prima e dopo l’esplosione (a destra) della Supernova 1987-A nel Febbraio del 1987. La stella esplosa (indicata con una freccia nella foto a sinistra) si trattava di una stella supergigante blu.	Credit: Anglo-Australian Observatory
I resti di supernova possono essere osservati per centinaia di migliaia di anni come oggetti visibili in ottico ma emettono anche onde-radio e raggi-X.
Immagine ai raggi-X ripresa dal satellite ROSAT del resto di supernova nella costellazione del Cigno, noto come Cygnus-Loop. La supernova si ritiene esplosa circa 15000 anni fa e si trova ad una distanza di circa 2500 anni-luce.   L’immagine ci fa vedere ancora oggi come l’onda d’urto, dovuta all’esplosione della stella, abbia spazzato il mezzo interstellare e riscaldi il gas fino a temperature tali da creare emissione ai raggi-X.	Credit: Laboratory for HighEnergy Astrophysics at NASA/GSFC
Una regione del resto di supernova Cygnus-Loop ripresa in luce visibile dal Telescopio Spaziale Hubble. Questa bellissima immagine ci mostra i filamenti dell’emissione di luce creati dalle onde d’urto che si muovono ad elevata velocità nel mezzo interstellare. La luce blu è dovuta agli atomi di ossigeno, la luce rossa agli atomi di zolfo e quella verde agli atomi di idrogeno.	Credit: Arizona State University e NASA.
Circa 150 resti di supernova sono stati osservati nella Galassia e più di un centinaio vengono continuamente scoperti in altre galassie.   5.1 – Supernovae storiche Tra le supernovae storiche ricordiamo la Crab Nebula, la supernova di Tycho, la supernova Kepler e la più recente e famosa SN 1987-A.
Crab-Nebula La Crab Nebula si ritiene sia il prodotto dell’esplosione di una stella che, secondo le cronache cinesi e giapponesi, esplose nel 1054. Nonostante si trovi ad una distanza di circa 7000 anni-luce, la supernova apparve molto più brillante di Venere per intere settimane e ridusse la sua luminosità dopo circa due anni. Non ci sono, sembra,  testimonianze in Europa dell’evento. Oggi, la nebulosa si sta espandendo a più di 8 milioni di Km/h ed emette radiazione elettromagnetica su tutte le lunghezze d’onda.	Credit: California Institute of Technology
La supernova di Tycho Immagine ai raggi-X del resto di supernova formatosi dall’esplosione di una stella avvenuta nel 1572, osservata dall’astronomo danese Tycho Brahe. Il resto di supernova è debole in luce visibile mentre invece emette intensamente radiazione alle onde radio. Sitrova nella costellazione di Cassiopeia alla distanza di circa 16000 anni-luce.	Credit: NASA/GSFC/USRA
La supernova di Keplero e di Galileo Immagine ai raggi-X del resto di supernova Kepler, osservata dall’astrono tedesco Johannes Kepler. Il resto di supernova è il prodotto dell’eplosione di una stella che avvenne nel 1604, l’ultima supernova osservata nella nostra Galassia. Il resto di supernova si trova nella costellazione di Ofiuco alla distanza di circa 20000 anni-luce.	Credit: Max Plance Institute Articoli correlati: La stella nova del 1604
La supernova 1987 A Immagini riprese dal Telescopio Spaziale Hubble della supernova 1987-A nel 1994 (a sinistra) e nel 1997 (a destra) situata nella Grande Nube di Magellano. L’anello che si osserva nelle immagini si ritiene sia stato formato probabilmente da una perdita di massa della stella prima dell’esplosione. L’anello, che si estende per circa 1 anno-luce, brilla perché riflette la luce della supernova. L’immagine del 1997 mostra una zona di alta brillanza (in alto a destra dell’immagine) che si estende nella parte interna dell’anello, probabilmente dovuta all’interazione tra l’onda d’urto che si estende verso l’esterno, generata dalla supernova, e l’anello stesso. La materia espulsa si può osservare sottoforma dei resti di colore giallo-bianco al centro delle immagini. Essa si espande alla velocità di circa 10-11 milioni di Km/h.	Credit: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e NASA

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