Ott 28

43 giorni per raggiungere Nettuno *

Il nostro Sole è una stella di medio-piccola grandezza che tra circa cinque miliardi di anni espellerà gran parte della sua materia gassosa attraverso una magnifica nebulosa planetaria e si ridurrà alle dimensioni della Terra. Ben poca cosa se pensiamo che oggi ha un diametro di circa un milione e mezzo di chilometri, mentre il nostro pianeta non supera i tredicimila chilometri. Tuttavia,  non pensiamo che diventi una copia della Terra. Proprio no, dato che dentro un volume così piccolo troverà posto quasi tutta la massa del Sole. Immaginiamo un oggetto estremamente denso, tanto da far pesare un cubetto di un centimetro di lato ben una tonnellata. Una stella di questo genere ha una gravità terribile ed è uno degli oggetti più strani dell’Universo, il primo passo verso i suoi amici ancora più misteriosi e famosi, le stelle di neutroni e i buchi neri.

Quando il Sole arriverà a quel punto della sua vita (alcuni la chiamano “morte”, ma io preferisco dire “trasformazione”) entrerà veramente in pensione. In parole tecniche lui, così come le stelle della sua grandezza, diventeranno nane bianche. Lentamente la temperatura altissima della sua superficie scenderà e dopo tanti miliardi di anni diventerà un corpo freddo e sarà praticamente invisibile nel buio dell’Universo. Ciò è dovuto alla sua vita solitaria. Nel Cosmo, gran parte delle stelle non vivono da sole, ma hanno almeno una compagna. La vita è sicuramente più movimentata, ma ciò che può cambiare di molto è soprattutto la trasformazione finale e il periodo di pensione. Una pensione che può avere momenti particolarmente vivaci e imprevedibili.

Improvvisamente, stelle che sembravano spegnersi lentamente e inesorabilmente ricevono nuovo vigore dalle loro compagne ancora vive e vivaci  e danno luogo a esplosioni terrificanti che attirano l’attenzione di tutti gli amanti del cielo. Stiamo parlando delle supernove, fiammate incredibili che portano proprio alla formazione dei grandi VIP del Cosmo: le stelle di neutroni e i buchi neri. Loro sono sempre sulla bocca di tutti, attirano l’attenzione dei curiosi e acquistano grande fama.

Tuttavia, non tutte le nane bianche, anche se accompagnate da una stella disponibile ad aiutarle, arriva a questi punti di celebrità. Molte coppie si devono adattare a spettacoli pirotecnici meno eclatanti, anche se –come tutto ciò che capita nell’Universo- non sono sicuramente di importanza minore. Il vantaggio di questi fenomeni meno pubblicizzati e meno violenti è che possono ripetersi più volte durante la pensione. Una supernova fa tanto clamore, ma la stella che l’ha prodotta non potrà più ripetere il suo “show”; una nana bianca meno esigente può,  invece, ripetere il suo spettacolo.

Il destino, come già detto, dipende molto dalla massa della pensionata, ma soprattutto dalla dedizione della sua compagna. Raccontiamo come quest’ultima riesca a dare nuovo vigore alla nana bianca, in modo abbastanza semplice.

La stella che è diventata nana bianca doveva essere la più grande delle due, dato che è già giunta alla sua trasformazione finale. Sappiamo, infatti, che la vita di una stella dipende dalla sua massa: più è grande e meno dura il suo periodo lavorativo normale. La compagna, invece, è ancora in fase di vita normale, anche se, probabilmente, comincia ad espandersi (caratteristica comune per le stelle piuttosto anziane). Tra le due stelle vi è una specie di porta segreta che permette il passaggio di materia da una all’altra. La piccola e densissima nana bianca è ben distante da quella porta, mentre la compagna, sempre più estesa, le si avvicina sempre di più finché la raggiunge. Una possibilità fantastica per cercare di nutrire nuovamente la compagna che sta spegnendosi. Non se lo fa dire due volte e non ha alcun problema a inviarle, attraverso quella porticina, così utile, un po’ del suo idrogeno che ancora la circonda.

Niente di speciale, dato che non hanno grandi possibilità: in fondo sono stelle che non possono permettersi grandi “exploit”, ma nel loro piccolo fanno del loro meglio. L’idrogeno comincia a cadere sopra la nana bianca e crea uno strato sempre più spesso. Non ci vuole molto che esso raggiunga uno spessore di circa 200 metri.

A questo punto facciamo un esempio terra-terra. Immaginiamo di cadere da una certa altezza su un morbido materasso. Facilmente non succede niente e siamo accolti con gentilezza dal soffice letto. Se, invece, cadessimo dalla stessa altezza su un pavimento di pietra, le conseguenze sarebbero ben più tragiche. Non parliamo poi se la velocità di caduta fosse anche più grande.

L’idrogeno non si mette a piangere e non urla, ma quando cade verso una nana bianca subisce un colpo simile a quello del nostro salto sul pavimento e la sua reazione è quella di scaldarsi violentemente. La nana bianca è estremamente densa e la sua gravità molto alta. Basta uno strato di idrogeno non molto spesso per fare innalzare di  molto la temperatura della zona più bassa che viene schiacciata contro la superficie della “durissima” nana bianca. Si raggiungono temperature comparabili con quelle che esistono al centro delle stelle, proprio dove l’idrogeno si trasforma in elio e produce una grandissima energia che riesce a contrastare la gravità della materia che tenderebbe a collassare sempre di più. E’ il classico motore delle stelle.

Nella nostra nana bianca, però, le cose sono molto diverse. La temperatura per produrre questa enorme energia si trova a poche centinaia di metri dalla superficie dell’idrogeno regalatole dalla compagna. La gravità che spinge questo strato è abbastanza forte, ma ben poca cosa rispetto all’energia che sta producendo l’idrogeno che brucia poco più in basso. Conclusione? L’idrogeno accumulato viene espulso verso l’esterno e abbandona la nana bianca a grande velocità.

Improvvisamente si vede un grande bagliore luminoso causato dall’energia che viene rilasciata nello spazio. La nana bianca brilla di nuovo, come se fosse una stella appena nata. Non per niente questo fenomeno viene chiamato nova, dato che agli antichi sembrava che apparisse una “nuova” stella nel cielo. La compagna viene investita dalla materia espulsa dalla nana bianca, ma non subisce danni importanti. E nemmeno si offende. Come se niente fosse successo, ricomincia a rifornire la nana bianca, che si è pulita dell’idrogeno ricevuto, di nuova materia fino a ripetere lo spettacolo che già conoscono.

Figura 1. Tre fasi della formazione di una Nova. In (1) la piccola nana bianca accumula sulla sua superficie l’idrogeno regalatagli dalla compagna. In (2) lo spessore raggiunto è sufficiente per innescare la fusione dell’idrogeno nella zona di contatto tra nana bianca e strato di idrogeno. L’energia liberata espelle lo strato di idrogeno a grande velocità e fa brillare una stella ormai spenta. In (3), dopo pochi giorni, la nube più o meno sferica inonda lo spazio circostante e continua  a essere visibile per un periodo di qualche mese, permettendo studi molto accurati sul processo fisico avvenuto.
Figura 1. Tre fasi della formazione di una Nova. In (1) la piccola nana bianca accumula sulla sua superficie l’idrogeno regalatagli dalla compagna. In (2) lo spessore raggiunto è sufficiente per innescare la fusione dell’idrogeno nella zona di contatto tra nana bianca e strato di idrogeno. L’energia liberata espelle lo strato di idrogeno a grande velocità e fa brillare una stella ormai spenta. In (3), dopo pochi giorni, la nube, più o meno sferica, inonda lo spazio circostante e continua a essere visibile per un periodo di qualche mese, permettendo studi molto accurati sul processo fisico avvenuto.

Come finirà la storia? Ci sono diverse possibilità. In particolare, può darsi che dopo due o tre volte la stella “altruista” si trasformi anche lei in nana bianca e vi saranno due simpatiche pensionate. Può, invece, darsi che alla fine la massa della nana bianca arrivi a un livello critico e possa dar luogo a una supernova. In tal caso, la sorella sarebbe facilmente spazzata via… ma, si sa, la celebrità dà alla testa e non ci si ricorda più di chi ti è stato vicino nei momenti più difficili…

Pensiamo, però, alla nostra nova. Purtroppo, non vi sono segnali che facciano capire dove nascerà questa “nuova” stella. Facilmente né lei né la compagna sono visibili con i telescopi e, oltretutto, anche se lo fossero, non darebbero segnali particolari. Non si può nemmeno pretendere che i più grandi telescopi professionali passino il loro tempo preziosissimo a guardare a caso nel cielo sperando di essere così fortunati di osservare nel punto giusto al momento giusto. In realtà, vi sono anche telescopi che lo fanno, ma analizzano i dati accumulati solo una volta ogni tanto. Se, hanno “catturato” una nova si saprebbe quando ormai l’esplosione è avvenuta da parecchi giorni e si perderebbe la fase più interessante, quella iniziale.

Fortunatamente ci sono molti modi per guardare il cielo da parte dei suoi amanti.

Vi è chi lo usa solo come banco di prova per attrezzature sempre più costose  e complicate. Le loro prede sono oggetti banalissimi per i telescopi professionali e tutto finisce in una soddisfazione personale, come quando si vince a un giochino informatico. Una leggenda dice che le stelle, i pianeti e le galassie, ogni tanto, facciano di tutto per nascondersi a questi freddi occhi che le vedono solo come sottoprodotto della loro tecnologia. No, loro servono poco per scoprire qualcosa di veramente interessante.

C’è poi chi si accontenta di vedere, guardare, per sentirsi parte integrante della Natura. Non lo fa con mezzi sofisticati e quindi si limita (ma non è certo una limitazione, anzi) a trasmettere la propria passione alle meraviglie che lo circondano. Un’altra leggenda dice che ogni tanto le stelle, i pianeti e le galassie gli mandino segnali di gratitudine e di stima.

C’è poi chi, invece, unisce la tecnica con la passione. Non teme di passare ore e ore a guardare le solite stelle di tutte le notti (in fondo è sempre una meraviglia), sperando di scorgere per pura fortuna e per dedizione una nuova stella, una nova, proprio nel momento dell’esplosione. Una rapida telefonata o un messaggio e già il giorno dopo i “mostri” più grandi e  potenti possono assistere al fenomeno in tutti i suoi particolari. Un’altra leggenda, ancora, dice che qualche nova esploda proprio quando si sente osservata da questi eroici appassionati.

Così è proprio successo l’anno scorso. Il 14 agosto del 2013 un astronomo dilettante giapponese ha visto brillare una stella dove poco prima non c’era niente. Non ha pensato a un UFO o chissà a quale fenomeno misterioso (lui è un vero appassionato e sa cosa sono  i corpi celesti e quello che fanno) e ha subito avvisato chi di dovere. Il giorno dopo ha  aperto i suoi occhi molto speciali lo strumento del CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy ), posto a Monte Wilson in California. Un telescopio formato da sei strumenti che combinano le proprie osservazioni ottenendo risultati paragonabili a quelli di un telescopio virtuale da 300 m di diametro. Una vista acutissima, tanto da permettergli di vedere distintamente una monetina di un centimetro di diametro, posta sulla Torre Eiffel, da Los Angeles, a circa 9000 km di distanza. In altre parole, capace di distinguere una nube di materia che si sta allargando a 15 000 anni luce di distanza, come la nostra nova, chiamata Nova Delphini 2013.

Figura 2. Lo strumento utilizzato per l’osservazione accurata della Nova Delphini 2013 permette di vedere una monetina posta sulla torre Eiffel da Los Angeles. La nostra Nova si trova a 15 000 anni luce dalla Terra.
Figura 2. Lo strumento, utilizzato per l’osservazione accurata della Nova Delphini 2013, permette di vedere una monetina, posta sulla Torre Eiffel, da Los Angeles. La nostra Nova si trova a 15 000 anni luce dalla Terra.

L’esplosione della nova è stata seguita attentamente per 43 giorni e misurando il continuo allargamento della nube prodotta e si è calcolata la velocità di espansione: 600 km/sec. Il primo giorno di osservazione il diametro della nube di materia espulsa dalla nana bianca era contenuta nell’orbita della Terra attorno al Sole. Dopo 43 giorni aveva già raggiunto l’orbita di Nettuno. Si è anche notato che la nube non aveva una normale forma sferica, ma era leggermente allungata. Probabilmente una deformazione dovuta alla presenza della compagna o una prova che l’energia che ha dato il via all’espulsione era concentrata in zone particolari.

Figura 3. Il primo giorno di osservazione la nube di idrogeno espulsa dalla nana bianca era contenuta nell’orbita terrestre (raggio di 150  milioni di chilometri). Dopo 43 giorni aveva quasi raggiunto l’orbita di Nettuno (circa 4 miliardi e mezzo di chilometri). Ha viaggiato a circa 600 km/sec… niente male!
Figura 3. Il primo giorno di osservazione la nube di idrogeno, espulsa dalla nana bianca, era contenuta nell’orbita terrestre (raggio di 150 milioni di chilometri). Dopo 43 giorni aveva quasi raggiunto l’orbita di Nettuno (circa 4 miliardi e mezzo di chilometri). Ha viaggiato a circa 600 km/sec… niente male!

Nessun problema, ce lo diranno gli esperti che hanno immagazzinato un sacco di dati da analizzare e studiare. Una nova non è un fenomeno raro, ma mai era stato possibile seguirla fin dall’inizio e con una tale accuratezza. Che dire? Un sentito grazie a Koichi Itagaki, lo scopritore. Senza di lui, la nova sarebbe stata scoperta chissà quando. Fortunatamente di persone come Koichi ve ne sono ancora molte e il loro contributo allo sviluppo dell’astrofisico è tutto fuorché secondario.

A noi, in particolare, ha dato lo spunto per descrivere una bellissima storia di una coppia stellare… In fondo, potrebbe anche essere una bella favola da raccontare ai vostri bambini… Sicuramente molto più bella di uno dei soliti violenti e beceri videogiochi.

Lavoro originale QUI

5 commenti

  1. Michael

    Prendo dal tuo articolo una definizione che non mi sono mai spiegato: "far pesare un cubetto di un centimetro di lato ben una tonnellata".
    Si intende che peserà una tonnellata a causa della gravità, della sola densità (cioè, se prendessimo 1 cm2 di materia e lo portassimo sulla Terra, peserebbe così tanto) o la somma dei due fattori?

  2. caro Michael,
    in pratica vuol dire che ha una densità pari a 1 ton per cm cubo. Ossia un cm cubo ha una massa di 1 ton. Portata sulla terra peserebbe una tonnellata, dato che la massa è quella che determina la forza peso.

  3. davide1334

    bell'articolo enzo,io ti seguo(quasi)sempre e questo tipo di articoli sono quelli che preferisco rispetto a quelli più scientifici e tecnici;rimarrò sempre tra i lettori meno esperti,non me ne volere. :oops:
    una domanda: alla scoperta della nova il primo giorno la nube era delle dimensioni dell'orbita terrestre rispetto al sole e dopo 43 giorni è arrivata a quella di nettuno giusto?....e ad esempio,ora che di giorni ne sono passati più o meno 440 come si presenterebbe la nube?voglio dire,se si guardasse per la prima volta oggi quella zona sarebbe rilevabile il fenomeno e sarebbe possibile a ritroso ricostruire l'evento fino a riuscire a datare l'esplosione al ferragosto dell'anno scorso?quanto è importante la tempestività nell'osservare tali fenomeni?

  4. caro Davide,
    la nube si dirada velocemente e sparisce alla vista (anche se molto dipende dalla materia espulsa).La tempestività è fondamentale, anche perché solo all'inizio si riesce a capire il tipo di struttura e la velocità iniziale.
    Hai pienamente ragione... devo inserire più spesso articoli di livello medio-basso e di carattere generale. Ogni tanto mi faccio prendere la mano... :roll:

  5. Michael

    Grazie della risposta, Enzo. :)

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