Supernova Betelgeuse: modello mostra “trailer” dell’esplosione | Astrofisica

La gigante rossa Betelgeuse è diventata famosa dopo che poco tempo fa la sua luminosità ha cominciato a variare in modo anomalo, alimentando la speranza che la stella potesse esplodere in una spettacolare supernova. In realtà per una gigante rossa nella fase finali della vita è abbastanza normale presentare una luminosità variabile, fase che però potrebbe durare anche un milione di anni. Forse voi che leggete e io che scrivo non vedremo mai la gloriosa esplosione della supernova Betelgeuse, ma alcuni scienziati hanno provato a descrivere l’evento utilizzando le conoscenze attuali.

Immagine di Betelgeuse ripresa dal sistema ALMA

Un diamante morente sulla spalla di Orione

Betelgeuse, la gigante rossa candidata a diventare supernova, è una delle stelle più luminosa della volta celeste, situata nella costellazione di Orione. Si tratta di un vero gigante, una delle più grandi ad oggi conosciute: parliamo di una sfera di plasma con un raggio di 4,6 UA – circa 700 milioni di chilometri -, circa 1000 volte il raggio del Sole e una luminosità pari a 135.000 volte quella della nostra stella. Secondo le stime degli astrofisici, Betelgeuse dovrebbe possedere una massa di circa 15-20 volte quella del Sole.

La massa di Betelgeuse sarà la vera responsabile della generazione della supernova. L’instabilità della stella è testimonianza che la stella è entrata nella fase finale della vita, una fase che dura per milioni di anni. Gli esperti ritengono improbabile che gli esseri umani della nostra generazione potranno godersi l’esplosione. Ma una ricerca potrebbe fornirci un “piccolo trailer” della supernova Betelgeuse.

Supernova Betelgeuse: un trailer dell’esplosione

I ricercatori dell’UC Santa Barbara hanno fatto delle previsioni sulla luminosità dell’esplosione della supernova Betelgeuse. Lo studente laureato in fisica Jared Goldberg ha pubblicato uno studio assieme a Lars Bildsten, direttore del Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) e Gluck Professor of Physics, e Bill Paxton, membro senior del KITP, che spiega in che modo la pulsazione di una stella ne influenzerà l’esplosione che segnerà la sua fine:

Volevamo sapere come sarebbe se una stella pulsante esplodesse in diverse fasi della pulsazione. I modelli precedenti sono più semplici perché non includono gli effetti dipendenti dalle pulsazioni nel tempo.

Quando una stella delle dimensioni di Betelgeuse alla fine esaurisce il combustibile al suo centro, la pressione di radiazione esterna che le ha impedito di crollare sotto il suo immenso peso viene meno. Il collasso del nucleo è inevitabile  e rapissimo: avviene in appena mezzo secondo e si esaurisce prima che gli strati più esterni possano reagire in qualche modo.

Come esplode una supernova

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 a malapena con altra materia: 100 trilioni di loro attraversano il nostro corpo ogni secondo senza una singola collisione. Tuttavia le supernova sono tra i fenomeni più potenti dell’universo: le energie dei neutrini prodotti nel crollo del nucleo sono così elevati che anche se solo una piccola frazione di neutrini si scontra con il materiale stellare, è generalmente più che sufficiente per generare un’onda d’urto in grado di far esplodere la stella.

L’esplosione risultante colpisce gli strati esterni della stella con una energia immensa, creando una esplosione che per può generare una luce paragonabile a quella della galassia ospite. La supernova rimane luminosa per circa 100 giorni, poiché la radiazione può abbandonare la stella morente solo una volta che l’idrogeno ionizzato si ricombina con gli elettroni persi per diventare di nuovo neutro. Questo processo parte dall’esterno e procede verso l’interno. In pratica significa che con il passare del tempo si “rendono visibili” gli strati più interni della supernova, fino a quando finalmente anche la luce del nucleo riesce a propagarsi. A quel punto, tutto ciò che rimane è il debole bagliore della ricaduta radioattiva, che può continuare a brillare per anni.

Supernova Betelgeuse: cosa potremmo vedere?

Le caratteristiche di una supernova variano con la massa della stella, l’energia totale di esplosione e, soprattutto, il suo raggio. Ciò significa che le pulsazioni di contrazione ed espansione di Betelgeuse rende più complicata la formulazione della previsione di come esploderà. I ricercatori hanno scoperto che se l’intera stella pulsa all’unisono – potete immaginavi un processo di inspirazione ed esperirazione per intenderci – la supernova Betelgeuse si comporterà come se fosse una stella statica con un determinato raggio. Tuttavia diversi strati della stella possono oscillare uno di fronte all’altro: gli strati esterni si espandono mentre gli strati centrali si contraggono e viceversa.

Per il caso delle pulsazioni semplici, il modello del team ha prodotto risultati simili ai modelli che non hanno tenuto conto delle pulsazioni. Goldberg spiega:

Sembra solo una supernova di una stella più grande o una stella più piccola in diversi punti della pulsazione. È quando inizi a considerare le pulsazioni che sono più complicate, in cui ci sono cose che si muovono contemporaneamente a cose che si spostano, che il nostro modello produce effettivamente differenze evidenti.

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 una “sovrapposizione” di supernovae di stelle di dimensioni diverse:

La luce proveniente dalla parte della stella che più compressa è più debole, proprio come ci aspetteremmo da una stella più compatta e non pulsante. Mentre la luce proveniente da parti della stella che si stanno espandendo in quel momento appare più luminosa, come se provenisse da una stella più grande e non pulsante.

Goldberg intende presentare un rapporto alle Research Notes of the American Astronomical Society con Andy Howell, un professore di fisica, e il ricercatore postdoc Evan Bauer che riassume i risultati delle simulazioni che hanno eseguito specificamente su Betelgeuse. Goldberg sta anche lavorando con il postdoc della KITP Benny Tsang per confrontare diverse tecniche di trasferimento radiativo nelle supernovae e con lo studente laureato in fisica Daichi Hiramatsu sul confronto tra modelli teorici di esplosione e osservazioni di supernova.

La supernova Betelgeuse quindi, a causa del comportamento particolarmente irregolare della stella, potrebbe generare un’esplosione abbastanza regolare. La luce dell’esplosione potrebbe essere visibile anche in pieno giorno come un punto molto luminoso nel cielo. Dalla sezione scienze è tutto, continuate a seguirci per altre curiosità e approfondimenti dal mondo della ricerca!