Le stelle di grande massa ma anche stelle nane in particolari sistemi binari terminano la loro vita con una gigantesca esplosione. A seguito dell’enorme energia sviluppata, per un breve periodo questi oggetti diventano brillanti, quasi quanto un’intera galassia, e appaiono improvvisamente visibili anche ad enormi distanze come nuove stelle, anzi supernove.
L’animazione mostra il confronto tra due immagini della galassia NGC 1643 prese a 4 anni di distanza. In ognuna delle due immagini è presente una SN
Le supernove sono eventi rari: non più di una o due al secolo nella nostra Galassia. Inoltre la maggior parte sono oscurate dalla polvere: l’ultima supernova nella nostra Galassia è stata osservata nel 1604. Tuttavia, grazie alla ricerca sistematica in galassie vicine e lontane oggi si scoprono due/trecento supernove all’anno.
Le supernove sono al crocevia di molte linee di ricerca dell’astrofisica moderna. Prima di tutto, esse rappresentano un test fondamentale per le teorie sull’evoluzione stellare. Nell’esplosione la stella è distrutta in una nuvola di gas che si espande nello spazio con velocità superiori a 10.000 km al sec. Questo gas è arricchito di elementi chimici pesanti, ad esempio ossigeno, calcio, azoto e ferro, che sono il risultato sia dei bruciamenti nucleari durante la vita della stella che della nucleo-sintesi durante l’esplosione. Per questo le supernove sono i principali agenti nell’evoluzione chimica delle galassie. Nel caso di stelle massicce dopo l’esplosione rimane un oggetto collassato, una stella a neutroni o, a volte, un buco nero. Nel processo è emesso un enorme flusso di neutrini (che nel caso della famosa SN 1987A sono effettivamente stati rivelati) e probabilmente onde gravitazionali (numerosi progetti sono in attesa di un evento vicino che permetta di verificare questa ipotesi).
Negli ultimi 10 anni l’uso delle supernovae, in particolare quelle di tipo Ia, come indicatori di distanza su scala cosmologica, ha portato alla sorprendente scoperta che l’espansione dell’Universo è accelerata. Assieme ai risultati di altri esperimenti (ad esempio Boomerang o WMAP) queste osservazioni stanno cambiando le nostra concezione dell’Universo..
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La fisica delle Supernove Ia per migliorare la precisione delle misure di distanza
L’uso delle SN Ia come indicatori di distanza ha portato al sorprendente risultato che l’espansione dell’Universo è accelerata probabilmente a causa di una qualche forma di energia oscura. Ora si cerca di capire la natura di questa energia oscura. Per questo si possono ancora usare le supernove Ia per misurare con ancora più accuratezza la geometria dell’universo ma bisogna riuscire ad escludere effetti evolutivi ovvero dobbiamo essere sicuri che le supernove lontane e vicine abbiano le stesse caratteristiche. Purtroppo ancora oggi non sappiamo esattamente quali siano i sistemi binari che danno origine a questo tipo di supernove e come avvenga l’esplosione. Capire la fisica delle SN Ia attraverso l’osservazione dettagliata di supernove è uno degli obiettivi che dobbiamo perseguire. Come è stato dimostrato da recenti risultati, per questo fine è importante continuare ad osservare con sempre maggiore dettaglio le supernove Ia vicine.
le supernove Ia hanno origine in sistemi binari in cui una delle stelle e’ una nana bianca. Questa stella cresce in massa a spese della stella secondaria fino a quando raggiunge un limite critico, la massa di Chandrasechar (pari a circa 1.4 masse solari).
Al di sopra di questa massa, si innesca un’esplosione termonucleare che distrugge completamente la stella. Invece non sappiamo ancora che tipo di stella sia la secondaria, una stella gigante oppure anch’essa una nana bianca. Di recente, attraverso osservazioni spettroscopiche ad alta risoluzione siamo riusciti a provare che vicino ad una SN Ia (2006X) si trova del gas esplulso dal sistema solo poche decine d’anni prima dell’esplosione. Questo sarebbe una prova che la stella compagna e’ in effetti una stella gigante (Patat et al. 2007).
Supernove da stelle massicce
Come esattamente la stella esploda, quale tipo di evento noi osserviamo, quale sia la composizione chimica del gas espulso nello spazio e la natura del resto collassato dipende prima di tutto dalla massa della stella, ma anche dall’evoluzione che ha portato al destino finale, in particolare dalla storia della perdita di massa, dalla metallicità, dalla rotazione e anche dalla eventuale presenza di una stella compagna. Di solito, quando la supernova esplode non c’è modo di sapere da quale stella abbia avuto origine. Ci sono però alcuni casi fortunati di supernove esplose in galassie vicine per cui è stato possibile, a posteriori, ritrovare su immagini di archivio le tracce della stella che poi sarebbe esplosa. Collegare empiricamente le proprietà della supernova a quelle della stelle progenitrice è la via maestra per verificare le teorie dell’evoluzione stellare e i meccanismi di esplosione.
mmagine della galassia UGC4904 a tre epoche diverse. In ottobre 2000, un oggetto luminoso appare nelle regioni esterne della galassia, dura pochi giorni e poi scompare. Il 9 ottobre 2006, la stessa stella esplode, diventando luminosa come il nucleo della galassia, ovvero miliardi di volte la luminosità del Sole. Questo e’ il caso unico di una esplosione stellare preceduta da un flash luminoso appena due anni prima.
Un caso recente molto interessante è quello della supernova 2006jc, scoperta nell’ottobre del 2006. Ricercando in immagini di archivio della stessa galassia si è trovato che due anni prima dell’esplosione finale la stella progenitrice aveva mostrato i segni di una violenta espulsione di gas. Mettendo insieme tutte le informazioni si ricava che la stella esplosa era molto massiccia, da 60 a 100 masse solari (Pastorello et al. 2007).
Solo pochi anni fa si è scoperto che un tipo speciale di supernova che esplodono per il collasso del nucleo (le supernove Ic) sono associate a uno dei fenomeni più misteriosi dell’Universo i lampi di luce gamma (Gamma Ray Burst = GRB). Ancora oggi non sappiamo però se tutte le SN Ic diano origine a GRB e viceversa. Non sappiamo nemmeno quale sia l’evoluzione della stella che porta a questo evento.
Per chiarire questi aspetti, bisogna da una parte studiare i GRB in sempre maggior dettaglio e dall’altro, come abbiamo fatto recentemente, sviluppare un’analisi comparativa delle osservazioni di SN Ic (Valenti et al. 2007).
L’evoluzione della frequenza di supernove col redshift
Le supernovae che vengono da stelle massicce, che esplodono per il collasso del nucleo, hanno una vita molto breve su una scala di tempo cosmologica, da centomila a dieci milioni di anni. Questo implica che misurando la frequenza delle supernove di questo tipo in galassie lontane miliardi di anni luce da noi, si può avere un’idea del ritmo a cui si formavano le stelle nell’universo di miliardi di anni fa. Misure di questo tipo sono difficili e potranno essere sviluppate solo utilizzando telescopi dedicati (come VST), ma alcuni risultati stanno arrivando.
Evoluzione della frequenza di supernovae da collasso del core in funzione del tempo.
In particolare, a conclusione di una ricerca durata alcuni anni siamo riusciti a dimostrare che “solo” tre miliardi di anni fa il ritmo di formazione stellare era 3 volte più alto che nell’Universo attuale (Botticella et al. 2007).
Viceversa, l’evoluzione della frequenza di SNIa in funzione del redshift, e quindi del tempo cosmico, ci dà informazione sui sistemi da cui questi eventi hanno origine. Mettendo insieme le nostre misure con quelle di altri autori, abbiamo dimostrato che a seguito di un episodio di formazione stellare gli eventi possono accadere con un ampio spettro di età a partire da 100 milioni fino a oltre 10 miliardi di anni.