La supernova “Nuda” che sconvolge l’Astrofisica: visto per la prima volta il cuore di una stella che esplode

Da decenni i libri di testo ci raccontano una storia rassicurante: le stelle massicce sono come cipolle cosmiche. Strati su strati di elementi, dai più leggeri come l’idrogeno all’esterno, fino ai più pesanti come il ferro nel nucleo. Una teoria elegante, ampiamente accettata, ma con un problema non da poco: nessuno aveva mai potuto “sbirciare” direttamente negli strati più profondi di una stella sul punto di esplodere. Almeno fino ad ora.

Un team di astronomi della Northwestern University, utilizzando il potente occhio del Keck Observatory alle Hawaii, ha osservato un evento che sta costringendo a riconsiderare parte di quelle certezze. La protagonista è una supernova, catalogata come SN 2021yf, situata a ben 2,2 miliardi di anni luce da noi. Quello che hanno visto non è la solita esplosione stellare. Per la prima volta in assoluto, lo spettro luminoso dell’evento ha rivelato la firma inequivocabile di silicio, zolfo e argon ionizzati.

Perché è così eccezionale? Perché questi elementi appartengono alle “viscere” della stella, strati interni che dovrebbero essere completamente oscurati dal mantello esterno di elio e carbonio. Vedere questi elementi significa una cosa sola: la stella, prima del suo spettacolare atto finale, era stata quasi completamente “spogliata”, messa a nudo fino quasi al suo nucleo. Non solo la stella, come accade normalmente in queste esplosioni, si è liverata degli strati esterni, di idrogeno ,elio e carbonio, ma è si è liberata di buona parte dei suoi strati esterni, sino ad arrivare a mostrare il suo nucleo interno.

La struttura a cipolla, a strati delle pre-supernovae, come si supponeva fino a ieri. La Stella si è liberata di tutti gli strati esterni. 

Una Scoperta a Doppia Faccia: Conferma e Rivoluzione

Questa osservazione è una di quelle che, allo stesso tempo, conferma e demolisce.

• La Conferma: Da un lato, vedere questi strati interni esposti è la prova più diretta mai ottenuta della correttezza del modello a “cipolla”. La teoria sulla struttura interna delle stelle e sulla nucleosintesi (il processo con cui fondono elementi sempre più pesanti) riceve una validazione spettacolare. Le stelle sono davvero costruite come pensavamo.
• La Sfida: Dall’altro lato, però, si apre un mistero enorme. Come ha fatto questa stella a perdere una quantità così spropositata di massa prima di esplodere? I modelli attuali prevedono che le stelle massicce espellano i loro strati esterni, ma SN 2021yf sembra aver subito un processo di “svestizione” molto più violento ed efficiente di quanto si ritenesse possibile.

Come ha dichiarato Steve Schulze, autore principale dello studio, “è la prima volta che vediamo una stella essenzialmente spogliata fino all’osso”. Un’immagine potente che descrive un fenomeno cosmico la cui causa è ancora tutta da capire.

Un Nuovo Tipo di Morte Stellare?L’eccezionalità dell’evento ha portato i ricercatori a proporre l’introduzione di una nuova categoria di supernovae: Tipo Ien. Questa classificazione indicherebbe un’esplosione priva delle righe spettrali di idrogeno ed elio, ma dominata da linee di emissione “strette” (la ‘n’ di narrow) provenienti da elementi più pesanti come, appunto, il silicio e lo zolfo.

Ma cosa può aver causato una perdita di massa così estrema? Le ipotesi sul tavolo sono diverse:

1. Interazioni con una stella compagna: Molte stelle massicce vivono in sistemi binari. L’interazione gravitazionale con una vicina potrebbe aver “strappato” via gli strati esterni.
2. Venti stellari ultra-potenti: La stella potrebbe aver generato venti di particelle molto più intensi del previsto.
3. Eruzioni massive pre-supernova: La stella potrebbe aver attraversato una serie di violente eruzioni negli ultimi mesi della sua vita, espellendo a più riprese i suoi strati più esterni.

Quest’ultima ipotesi, secondo i ricercatori, sembra la più probabile. La stella si sarebbe letteralmente fatta a pezzi da sola in una serie di spasmi energetici prima del collasso finale.

Come ha aggiunto Adam Miller, co-autore dello studio, “Questa stella ci sta dicendo che le nostre idee ed teorie su come evolvono le stelle sono troppo limitate”. Non si tratta di buttare via i libri di testo, ma di capire che la natura ha molta più fantasia di noi e che esistono percorsi evolutivi per le stelle che non avevamo ancora considerato. SN 2021yf non è solo un’esplosione lontana, ma una finestra su una fisica nuova e inesplorata, un promemoria che l’Universo ha ancora in serbo per noi molte sorprese.

Domande e Risposte

1) Perché questa scoperta è così importante per l’astrofisica?

Questa scoperta è cruciale perché agisce su due fronti. Da un lato, fornisce la prima prova osservativa diretta che la struttura interna delle stelle massicce è stratificata “a cipolla”, come previsto dalla teoria per decenni. Dall’altro, introduce un enorme enigma: i modelli attuali sull’evoluzione stellare non spiegano come una stella possa perdere una quantità così colossale di massa prima di esplodere. Costringe quindi gli scienziati a rivedere i meccanismi di perdita di massa, aprendo la strada a nuove teorie sulla fine della vita delle stelle.

2) Quali sono le ricadute di questa osservazione sulla nostra comprensione dell’Universo?

La principale ricaduta è sulla comprensione della nucleosintesi, ovvero la creazione degli elementi pesanti nell’Universo. Le supernovae sono le “fabbriche” cosmiche di elementi come silicio, zolfo e ferro, essenziali per la formazione di pianeti rocciosi e della vita stessa. Osservare direttamente questi strati svela come e quanto di questo materiale viene espulso nello spazio. Comprendere questo processo estremo ci aiuta a capire meglio la composizione chimica delle galassie e, in definitiva, l’origine degli atomi di cui siamo fatti.

3) Cosa ha causato questa anomala “spogliazione” della stella prima dell’esplosione?

Al momento non c’è una risposta certa, ma solo ipotesi. La più accreditata suggerisce che la stella, negli ultimi stadi della sua vita, abbia subito instabilità così violente da provocare una serie di eruzioni massive, espellendo i suoi strati esterni uno dopo l’altro. Altre possibilità includono l’interazione gravitazionale con una stella compagna che le ha strappato via la materia, o venti stellari di una potenza finora inimmaginabile. Solo l’osservazione di altri eventi simili potrà aiutare a risolvere questo affascinante mistero cosmico.