5/03/14

Le candele restano candele, ma… **

Uno dei fenomeni apparentemente meglio conosciuti (e sfruttati) del Cosmo riguarda l’esplosione delle supernove di Tipo Ia. Esse si originano quando una nana bianca accumula abbastanza materiale per raggiungere il celeberrimo limite di Chandrasekhar, pari a circa 1.44 masse solari,  dove la pressione della materia degenere non riesce più a sopportare la gravità e gli elettroni si fondono con i protoni dei nuclei atomici dando luogo a una stella di neutroni e all’esplosione di una supernova. Questo tipo particolare di supernova, avendo una massa ben determinata deve anche avere una luminosità intrinseca simile e quindi la sua luminosità apparente dipende solo dalla distanza. Una splendida “candela” cosmica standard che ha permesso di misurare le distanze di galassie anche molto lontane e di ipotizzare l’accelerazione dell’espansione dell’Universo.

Questo fenomeno è così ben noto e così tanto utilizzato che sembrava veramente un qualcosa di “intoccabile”. Oltretutto, le candele sembravano funzionare molto bene, dato che erano state “testate” attraverso altri metodi per misurare le distanze. Anche teoricamente il processo è garantito in pieno: il limite di Chandrasekhar è strettamente legato alla meccanica quantistica ed è un dato di fatto.

In realtà, sono parecchi anni che si sa che le supernove di tipo Ia si formano da nane bianche con un intervallo di massa abbastanza ampio. Niente di catastrofico, dato che, ad esempio, la rotazione della stella degenere influenza molto il momento del cambiamento di stato della materia. Se il momento angolare è notevole, “rallenta” di molto il momento critico e aiuta la pressione degli elettroni a ribellarsi il più a lungo possibile alla gravità della materia che spinge verso il centro. Tuttavia, la faccenda non era veramente preoccupante, dato che si riuscivano a valutare queste condizioni attraverso lo studio della curva di luce della supernova. In altre parole, anche se la massa poteva differire di una certa quantità, era sempre il limite di Chandrasekhar a guidare le danze, anche se a volte con tempi un po’ ritardati e con masse un po’ più grandi e, più spesso, anche con masse leggermente minori. In fondo, era il solito scontro tra fisica e matematica: il limite era matematico, l’esplosione un meccanismo fisico. Conosciamo ormai bene questa continua disputa tra la fisica e il suo linguaggio fin troppo rigoroso ed esatto. Come al solito, basta chiedere ad Achille…

Ultimamente, però, gli studi si sono fatti più accurati e certi metodi utilizzati per determinare la massa fisica reale della nana bianca hanno portato a risultati un po’ troppo diversi. Le masse sembrano poter variare di molto. Anche teoricamente, l’ipotesi di una stella di neutroni che succhia materia dalla compagna sembra un po’ troppo semplicistica. Non tanto per il processo in sé, quanto per la quantità di materia che deve essere ingoiata. Le masse delle nane bianche difficilmente superano il valore di 1.2  masse solari: aggiungere almeno 0.2 masse solari non è impresa fisicamente semplice. O, almeno, molto più lunga di quanto ci si potesse aspettare.

Forse molto meglio pensare a due nane bianche che si uniscono tra loro, ma, in  questo modo, non è detto che la loro somma debba per forza essere 1.44 masse solari. Insomma, sembrava sempre più difficile legare l’esplosione di masse anche molto diverse a un fenomeno che teoricamente vuole una massa ben definita. Qualche leggero spostamento, OK, ma senza esagerare!

Nuove, recenti, osservazioni hanno invece esagerato un po’ e hanno cominciato a inserire sempre di più il dubbio che già stava circolando nell’aria. “Sarà veramente il limite di Chandrasekhar e le sue ripercussioni fisiche a controllare l’esplosione di supernova, o non sarà invece un processo che ben poco ha a che fare con lui o quantomeno è più complesso e articolato?” In realtà, finora, si limitava la determinazione della massa della stella alla quantità osservata di nickel-56, ottenuto nella fusione del carbonio al centro della nana bianca. Le sue variazioni rientravano abbastanza bene nel range di massa attorno al limite teorico. Le nuove osservazioni fanno invece pensare che il processo sia molto più complicato e si leghi anche alla quantità di materiale in grado di assorbire le radiazioni che provengono dal nucleo più interno e al tempo che queste necessitano per uscire finalmente allo scoperto. Una massa in più o in meno ben più grande del previsto.

Insomma, in parole povere, il processo sarebbe qualcosa di ben più articolato. Accidenti… un bel guaio. Per due motivi: (1) il limite di Chandrasekhar era una sicurezza, un compagno sicuro a cui affidarsi per spiegare fenomeni di questo genere e, soprattutto, la costanza della luminosità intrinseca. (2) Le candele sarebbero rimaste ancora candele standard?

Per il primo punto le idee sono ancora molto vaghe e ci si sta dividendo in due scuole di pensiero. Solo nuove osservazioni daranno una risposta più o meno definitiva  su qual è il vero processo che innesca l’esplosione e su quali devono essere le condizioni al contorno necessarie perché avvenga. Io sono convinto che il limite di Chandrasekhar rimanga sempre il punto fondamentale, ma che, come tutti i processi fisici legati a teorie matematiche, abbia un intervallo di applicazione ben più vasto, legato alle particolari situazioni in cui avviene. In fondo, gli elettroni non sono marionette e possono anche lottare di più o di meno rispetto a una visione troppo rigida. La meccanica quantistica ci ha insegnato a non essere mai troppo logici e drastici…

Per il secondo punto, invece, nessun problema. Le candele restano candele standard. Qualsiasi sia il processo che agisce, esso dà luogo a una luminosità costante. Anzi, qualcuno dice anche di più di quanto previsto. In poche parole, non è tanto la massa a regolare la costanza della luce emessa, ma una serie di fenomeni che portano sempre allo stesso risultato, l’unico possibile per oggetti di quel tipo.

Non mi sento di concludere qualcosa. Staremo a vedere… L’importante è che non si siano spente le candele! Sai che “buio” ci sarebbe … Tra l’altro, pensiamo anche al Premio Nobel dato per l’espansione accelerata, basato proprio sulle supernove di questo tipo…

Ieri ho cercato di guardare una supernova molto recente e, malgrado non abbia più una gran vista, mi è sembrato che mostrasse un sorriso sardonico e divertito… Ah, questo Universo! Sa anche divertirsi…

supernove tipo Ia
Le supernove di Tipo Ia nascono dall’esplosione di nane bianche. Le supernove hanno, ovviamente, il picco di luminosità molto variabile a seconda della loro distanza da noi. Presentano, però, anche una fase di spegnimento molto diversificata, che deve dipendere in qualche modo dalla massa coinvolta nell’esplosione. Le quattro supernove, mostrate a sinistra, sono state normalizzate allo stesso picco di luminosità e mostrano molto bene la differenza nelle fasi di spegnimento. Confrontandole con i modelli teorici si può dedurre che le masse coinvolte hanno una intervallo maggiore di quanto solitamente accettato. La massa non è quella che si può ottenere direttamente dall’analisi di un singolo elemento prodotto nella fusione del carbonio, ma deve tener conto degli strati superiori che rallentano più o meno la visione diretta della radiazione proveniente dal cuore della stella degenere. Fonte: DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory

14 commenti

  1. Lampo

    Azz...se anche il limite di Chandrasekhar comincia a vacillare...non c'è più nulla di certo in questo universo!

  2. stiamo calmi Lampo... può anche darsi che le le nane bianche esplodano quando hanno voglia loro... ma il limite di Chandrasekhar esiste e come! Chiedilo agli elettroni... :mrgreen:

  3. alexander

    pero' correggimi se sbaglio, il problema e' riconducibile alla massa ma l'emissione di luce (che poi e' quella che usiamo) per un motivo o l'altro non e' toccata da questa problematica...
    Quindi anche questa volta le nostre misurazioni si salvano in corner! :) 

  4. caro Ale,
    è proprio quello che dico: le candele restano candele... :-P  

  5. alexander

    sisi abbi pazienza che ti ho fatto ripetere ma volevo esser certo di avee capito bene, sai ultimamente mi sento ancora piu "de coccio" del solito!   :-P

  6. Se a qualcuno interessa, QUI c'è l'articolo originale. In inglese, ovvio... :wink:

  7. davide1334

    non sono sicuro di avere capito...si metterebbero  in discussione la modalità e i tempi per raggiungere il fatidico limite o sarebbe in discussione anche esso?

  8. caro davide,
    il limite rimane una conseguenza della MQ e non perde di validità. E' il processo che causa una supernova a partire da una nana bianca che è messo in discussione e potrebbe (dico potrebbe) essere slegato (più o meno) dal limite vero e proprio.

  9. Supermagoalex

    L'importante è che la teoria di Hubble e redshift cosmologico siano salvi  :)

  10. caro SMA,
    per quanto possa valere, io penso che resti sempre tutto collegato al limite di Ch. Al limite, vi è un range più grande per le massa. A volte un palloncino scoppia un po' prima del previsto e a volte un po' dopo. Dipende da vari fattori. Resta comunque vero il fatto che esplode quando si rompe la pellicola. :mrgreen:  

  11. lucianodev

    Speriamo bene! Sapete tutti meglio di me che più volte nella storia le smentite a un "dogma" universale sono apparse come dei fulmini a ciel sereno! Sarebbe veramente uno shock culturale essere messi di fronte alla dura realtà, e dovere rinunciare a quei pochi punti ritenuti "fermi", le fondamenta sulle quali sviluppare tutto il castello teorico per una comprensione umana dell' Universo. Collasserebbe di colpo l'Universo inflazionario, la materia oscura la forza oscura e noi brancoleremmo, per qualche tempo, in un buio assoluto! 
    E torneremmo, per lo sconforto, a considerare l'Universo sospeso sul dorso di una tartaruga. :cry:
     

  12. beppe

    Credo che l'universo sia meno deterministico di quanto vorremmo...

  13. AlexanderG

     Ma come??
     L’Universo sospeso sul dorso di una tartaruga?!?  :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen:

  14. Pier Francesco

    Non sarebbe affatto una brutta prospettiva, anzi.
    Naturalmente, dipende tutto dalla tartaruga.
    Un sostegno come quello del carapace di una tartaruga gigante delle Galapagos mi darebbe molta più sicurezza dell'immenso vuoto cosmico che abbiamo ora. Se invece fosse una tartarughina d'acquario di città, per l'Universo sarebbero problemi... :mrgreen:

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