Gli oggetti esotici dell’universoSupernovae, stelle di neutroni, pulsar, buchi neri, quasar

Polvere di stelle #113
19 agosto 2009 / Anno V Numero 113

Le stelle nascono dalla contrazione gravitazionale di una nube di materia interstellare che, riscaldandosi, porta il nucleo centrale a temperature sufficientemente alte - qualche milione di gradi - da innescarvi le reazioni termonucleari. In particolare, una stella trascorre la maggior parte della propria esistenza bruciando idrogeno in elio. Il Sole, ad esempio, si trova in questa fase della sua evoluzione da circa 5 miliardi di anni e ne trascorrerà altrettanti continuando a fondere idrogeno in elio.

E’ quando finisce l’idrogeno nucleare che la situazione si complica. Le stelle di piccola massa, confrontabile con quella del Sole, evolvono infatti in maniera non drammatica: dapprima si espandono trasformandosi in giganti rosse - stelle fredde ma di grandi dimensioni nel cui nucleo viene fuso l’elio in carbonio e ossigeno -, e vanno poi a terminare la loro esistenza come nane bianche, stelle caldissime con dimensioni confrontabili con quelle del nostro pianeta.

Tutt’altra fine fanno le stelle di grande massa. Dopo aver attraversato una lunga serie di espansioni e contrazioni, una stella che al termine del suo percorso evolutivo abbia una massa superiore a 1,4 masse solari esplode in maniera catastrofica come supernova. Nell’esplosione la stella eietta verso l’esterno gran parte della materia di cui era costituita, formando un guscio di gas caldo in rapidissima espansione che avvolge quello che resta della stella originaria: una stella di neutroni, un corpo celeste di densità estrema racchiuso nelle dimensioni di una città.

Le stelle di neutroni ruotano su loro stesse ad altissima velocità, emettendo onde radio lungo una direzione privilegiata che ruota assieme alla stella. Se durante la rotazione capita che il fascio di onde radio venga emesso proprio in direzione del nostro pianeta, la stella si manifesta a noi come pulsar, ovvero come sorgente pulsante di onde radio. In pratica le pulsar sono dei veri e propri “fari stellari” disseminati lungo i bracci della nostra Galassia.

Ma una stella che termina il suo percorso evolutivo con una massa superiore ad almeno 3 volte quella del Sole non muore come stella di neutroni. Il risultato finale dell’esplosione come supernova di una stella di massa molto grande (fino ad alcune decine di masse solari) è infatti la probabile formazione di un buco nero, un oggetto per cui la forza di gravità è talmente intensa da riuscire a trattenere persino la luce, che pure viaggia alla massima velocità possibile: 300.000 km/s! All’interno di un buco nero le leggi della fisica perdono significato, lasciando il campo alla mera speculazione teorica.

Lo studio approfondito dei nuclei di molte galassie, fra cui la nostra, sembra dimostrare che al loro interno debba pure trovarsi un buco nero, ma di tutt’altro genere rispetto a quelli originati dall’esplosione di una supernova. Mentre questi hanno infatti masse di tipo stellare, quelli che “abitano” i nuclei delle galassie sono supermassicci: le loro masse sarebbero infatti comprese fra qualche centinaio di migliaia e qualche milione di masse solari! Solo così, con un flusso continuo di materia “ingoiata” da questo voracissimo oggetto, gli astrofisici riescono a spiegare le intense emissioni di radiazione provenienti dai nuclei di queste galassie, dette per questo motivo galassie attive.

L’incredibile luminosità di questi nuclei è spesso molto superiore a quella del resto della galassia. E’ ad esempio il caso dei “quasar”, oggetti distanti miliardi di anni luce e resi visibili proprio da questa intensissima radiazione. Adesso sappiamo che i quasar, caratterizzati da emissione radio molto potente, sono proprio nuclei di galassie attive di cui, a causa della distanza, è praticamente impossibile vedere il resto, notevolmente meno brillante.