Supernovae

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26/06/2014 16:21 - 10/02/2017 11:48 #137 da P. Strolin
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Supernovae
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Per domande: autori o Domanda a un esperto
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Restò – appena sbucato all’aperto – sbalordito. Il carico gli cadde dalle spalle. Sollevò un poco le braccia; aprì le mani nere in quella chiarità d’argento. Grande, placida, come in un fresco luminoso oceano di silenzio, gli stava di faccia la Luna. […] C’era la Luna! la Luna! E Ciàula si mise a piangere, senza saperlo, senza volerlo, dal gran conforto, dalla grande dolcezza che sentiva, nell'averla scoperta, là, mentr'ella saliva pel cielo, la Luna, col suo ampio velo di luce, ignara dei monti, dei piani, delle valli che rischiarava, ignara di lui, che pure per lei non aveva più paura, né si sentiva più stanco, nella notte ora piena del suo stupore (Luigi Pirandello, Ciàula scopre Luna , nella raccolta Novelle per un anno, 1907). La novella parla di un povero minatore siciliano, che nella sua vita senza conforto e speranze esce una notte dal buio della miniera trasportando un pesante sacco di zolfo e invece di trovare il buio della notte è investito dalla luce della Luna.

Alzare gli occhi verso la profondità del cielo notturno ci rinnova sempre l’emozione di una scoperta, di un dimenticato sentire. E se una notte vedessimo accendersi nel cielo una nuova stella, di gran lunga più luminosa delle altre, quali emozioni e interrogativi sorgerebbero nel nostro animo? Ben si capisce l’interesse che da tempi antichi le “Supernovae” hanno suscitato e il fascino di affrontarle con gli strumenti della Scienza.


La ”Stella ospite” del 185 d.C.

Dalla Cina del V secolo d.C. il Libro dell’ultima Dinastia Han (Hòu Hàn Shū) riferisce di una luminosissima “Stella ospite” improvvisamente apparsa nel cielo nel 185 d.C. e altrettanto misteriosamente restata nel cielo solo otto mesi, da cui la bellissima denominazione. Erano tempi nei quali Astrologia a scopo divinatorio e Astronomia erano strettamente associate: possiamo immaginare gli interrogativi che essa pose. La Stella ospite è ora riconosciuta come la prima Supernova storicamente documentata ed è diventata la Supernova 185 .
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Fig. 1. Dettaglio dell’Atlante Stellare di Dunhuang (circa 700 d.C.)
Manoscritto Or.8210/S.3326, British Library (Londra); Immagine Wikipedia
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L’antica Astronomia Cinese aveva raggiunto un mirabile sviluppo.

La figura 1 mostra un bellissimo dettaglio della mappa stellare detta di Dunhuang dalla località del suo ritrovamento, avvenuto agli inizi del ‘900 in un ambiente murato all’interno del grandioso complesso di caverne di Mogao lungo la “ Via della seta ”, assieme a numerosissimi altri preziosi manoscritti.

La mappa fornisce il più antico atlante stellare oggi conosciuto ed è databile attorno al 700 d.C. al tempo della Dinastia Tang (618-907). Un suo studio completo è fornito in The Dunhuang chinese sky: a comprehensive study of the oldest known Star Atlas . La mappa è integralmente visibile sul sito Web dell’ International Dunhuang Project .

Il dettaglio in figura 1 mostra la zona polare Nord. Sono riconoscibili l’Orsa Maggiore, il Sagittario e il Capricorno.

Le Supernovae entrano nella Scienza

Pur costituendo un fenomeno relativamente frequente su scala cosmica, le Supernovae sono rarissime in quella minuscola porzione dell’Universo in cui è situata la nostra galassia, ove sono agevolmente osservabili anche a occhio nudo. A quella della “stella ospite” del 185 d.C. seguirono pochissime altre osservazioni d’improvvise e temporanee apparizioni di Supernovae .


Fig. 2a. La Supernova 1604 nel piede destro del Serpentario (Ofiuco)
G. Keplero, De stella nova in pede Serpentarii
Immagine Atlas Coelestis
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Fig. 2b. Dettaglio con la Supernova 1604 indicata dalla lettera N
Immagine Atlas Coelestis


Vennero al momento giusto quelle del 1572 e del 1604 , esplose nella nostra galassia a distanze rispettivamente di circa 10000 e 20000 anni-luce. Esse furono studiate rispettivamente da Tycho Brahe (1546-1601), che scrisse il trattato De nova et nullius aevi memoria prius visa stella, e da Giovanni Keplero (1571-1630). I tempi erano maturi perché dall’apparizione di Supernova venisse un soccorso per confutare la concezione aristotelica di una geocentrica, immutabile e noiosa perfezione del Cielo. In De stella nova in pede Serpentarii (1606) Keplero parla così della Supernova 1572 “Itaque prior illa Mundo non praemonito supervenit, et velut improvisus hostis” (“La prima comparve improvvisamente, come un nemico che arriva inaspettato").
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Fig. 3. Immagine ai raggi X dei resti della Supernova 1604
Chandra X-ray Observatory (2013); Immagine NASA
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Con quelle del 1572 e 1604, le Supernovae entrarono nella Scienza. Coniugando Scienza con bellezza grafica, la figura 2 mostra la costellazione del Serpentario (un uomo con un serpente avvolto attorno alla vita, anche chiamato Ofiuco) in una magnifica e precisa tavola fuori testo nel citato libro di Keplero. La Supernova 1604 è indicata con la lettera N “in pede (sinistro) Serpentarii”.

La figura 3 mostra quanto resta della Supernova del 1604. In rosso, verde e blu sono mostrate le emissioni a raggi X a bassa, media e alta energia osservate con il telescopio orbitante Chandra X-ray Observatory della NASA.

Si tenga presente che nelle immagini astrofisiche i colori sono enfatizzati ad arte per evidenziare le diverse componenti, come noi facciamo con i pennarelli.

Classificazione

Il battesimo con il nome attuale Supernovae avvenne nel 1931, per distinguerle dalle meno luminose “Novae”. I diversi tipi di Supernovae osservate indussero poi a classificarle e a sviluppare descrizioni dei fenomeni astrofisici alla loro origine.

La classificazione delle Supernovae è basata sulla loro curva di luminosità e sugli elementi chimici che appaiono presenti in base alle linee di assorbimento nei loro spettri di radiazione luminosa. Il primo livello della classificazione le distingue in Supernovae di tipo I se non è presente l’Idrogeno e di tipo II se è presente. Le Supernovae di tipo Ia sono caratterizzate dalla presenza del Silicio, in debole presenza o assente nelle Supernovae di tipo Ib o Ic. Questa classificazione riflette i meccanismi della loro genesi.


Fig. 4. Sistema binario e generazione di una Supernova Ia
Immagine LNGS - INFN
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Fig. 5. I resti di Supernova RCW 86
Immagine NASA/ESA/JPL-Caltech/UCLA/CXC/SAO (2011)

Supernovae di tipo I

Le Supernovae di tipo Ia originano da “sistemi binari”, costituiti da due stelle vicine che ruotano l’una rispetto all’altra (figura 4). Una di esse è una stella piccola e compatta quale è una “ Nana bianca ”. La stella compagna è una stella molto espansa circondata da materia gassosa: una “ Gigante ”. L’attrazione gravitazionale provoca un trasferimento di materia gassosa dalla stella compagna alla Nana bianca. Le Nane bianche diventano instabili oltre una certa massa critica. Una volta superata questa massa critica, la Nana bianca esplode e si distrugge espellendo materia. E’ l’apparizione di una Supernova.

Un recente studio della NASA indica che la “Stella ospite” del 185 d.C. fu una Supernova di tipo Ia. Da esso è tratta l’immagine in figura 5, che mostra la zona del cielo ora occupata dai suoi resti, ora chiamati RCW 86 , nella costellazione del Compasso (in latino Circinus) della nostra galassia.

Le Supernovae di tipo Ib e Ic originano invece da un collasso stellare, più simile al processo che genera quelle di tipo II, discusso nel seguito.

Fig. 6. Equilibrio di una stella e innesco di un’implosione gravitazionale
Immagine Via Lattea

Supernovae di tipo II

Il collasso alla fine della vita di una stella con massa iniziale almeno circa 8 volte più grande di quella del Sole genera una Supernova di tipo II ed è descritto in Implosione gravitazionale e Supernovae . L’immagine a sinistra in figura 6 mostra schematicamente una stella attiva, con l’attrazione gravitazionale bilanciata dalla pressione verso l’esterno generata dall’energia sprigionata nelle reazioni nucleari che avvengono al suo interno. Quando termina la riserva di “carburante nucleare”, l’attrazione gravitazionale fa “implodere” la stella e l’energia potenziale gravitazionale liberata fa “esplodere” gli strati esterni con gran fracasso luminoso. Appare così una Supernova, un “fiore nel cielo” con vita limitata a mesi ma di gran lunga più luminosa di ogni altra stella “permanente”.

Le Supernovae di tipo II lasciano in eredità nel Cosmo una “ Stella di neutroni ” o un “ Buco nero ”. Le loro caratteristiche sono descritte in Stelle di neutroni e Buchi Neri.

Fig. 7. Prima e poco dopo l’esplosione della Supernova 1987A
Anglo Australian Observatory – David Malin Immagine NASA

Supernova 1987A

La figura 7 mostra la Supernova 1987A , apparsa nel Febbraio 1987 nella Grande Nube di Magellano, “sull’uscio di casa” (168000 anni-luce) della nostra galassia. A Maggio la sua luminosità si era già fortemente ridotta.

La Supernova 1987A ha le caratteristiche di una Supernova di tipo II, generata da un collasso stellare. Secondo la nostra visione di un collasso stellare, esposta in Implosione gravitazionale e Supernovae , il collasso stellare è accompagnato da una fortissima emissione di neutrini. Come descritto in Neutrini e implosione gravitazionale , nel 1987 grandi apparati sperimentali erano attivi in laboratori sotterranei in Giappone, USA e Russia per l’osservazione di neutrini a scopi fisici e astrofisici. La Supernova 1987A giunse al momento giusto per offrire la straordinaria possibilità di provare la correttezza della nostra visione di un collasso stellare. Fu infatti osservato un concomitante fiotto di neutrini di durata straordinariamente piccola (una dozzina di secondi), che testimonia anche l’incredibile rapidità con cui avviene questo immane fenomeno cosmico. Il suddetto articolo dà anche un breve quadro di quello che ora appare nella zona del cielo ove era la Supernova 1987A.

Fig. 8. La galassia della Supernova 2014 J
in una foto d’archivio (sinistra) e vista dal Telescopio Ruggiero de Ritis il 28 gennaio 2014 (centro) e agli inizi di marzo 2014 (destra)
Immagine Dipartimento di Fisica - Università di Napoli Federico II

Supernova 2014 J: Scienza fatta da studenti

In un’epoca in cui la ricerca scientifica sembra appannaggio di grandi gruppi di ricerca che utilizzano costosissime apparecchiature e tecniche ultra-sofisticate, è bello sapere che c’è ancora spazio per scoperte fatte da giovani con strumentazione disponibile in Università. Lo dimostra la scoperta della Supernova 2014 J , avvenuta a metà gennaio 2014 durante un corso di esercitazioni didattiche al London University Observatory. La straordinaria sorpresa è giunta quando gli studenti che osservavano una galassia ne hanno confrontato l’immagine con una presa precedentemente. Gli astronomi professionisti sono entrati in campo dopo gli studenti.

La Supernova 2014 J è situata nella Galassia Messier 82, la cosiddetta “galassia a sigaro”. Dal 1972 non si osservava una Supernova di tipo Ia così vicina (circa 11 milioni di anni luce). La scoperta è importante perché le Supernovae di tipo Ia permettono di stimare la distanza degli oggetti celesti. Il massimo della luminosità è stato raggiunto dopo circa quindici giorni dopo la scoperta.

La luminosità della Supernova 2014 J è abbastanza intensa da poterla vedere anche senza disporre di un grande telescopio. La figura 8 (al centro) ne mostra l’immagine captata il 22 Gennaio 2014 da docenti e studenti dell’Università di Napoli Federico II con il Telescopio Ruggiero de Ritis del Dipartimento di Fisica. L’immagine a destra in figura 8 è stata presa ai primi di Marzo 2014 e già mostra un diminuzione della luminosità. Osservazioni continuate ne seguono il lento declino per misurare la “curva di luce”, che permetterà di determinare le proprietà della Supernova.


Fig. 9. Telescopio Ruggiero de Ritis
Dipartimento di Fisica, Un. di Napoli Federico II
Immagine Rita Carano
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Fig. 10. Schema di telescopio riflettore in configurazione “Cassegrain Dall-Kirkham”
Immagine Telescopio Ruggiero de Ritis


Il telescopio Ruggiero de Ritis (figura 9) è un telescopio riflettore in configurazione “Cassegrain Dall-Kirkham” (figura 10) di qualità semi-professionale. Lo specchio riflettore primario ha un diametro di 50 cm. Il telescopio è equipaggiato con una fotocamera a lettura CCD come le macchine fotografiche digitali commerciali, ma con alta risoluzione e sensibilità come richiesto per immagini astronomiche. Il telescopio è correntemente utilizzato per esercitazioni didattiche, nonché per attività divulgative presso il grande pubblico.
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Fig. 11. La cattedra di Galileo
Sala dei Quaranta, Università di Padova
Immagine Regione del Veneto
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Galileo

La figura 11 rappresenta un’icona della Cultura, dell’Educazione e della Comunicazione nel senso più ampio, da vedere con laica religiosità: la cattedra dalla quale Galileo tenne lezione all’Università di Padova.

Disse
Galileo nelle sue frequentatissime lezioni tenuta (in latino) nel 1604 sulla lux quaedam peregrina (sue parole anche queste) appena apparsa: “Siete testimoni, giovani che qui siete accorsi numerosi per sentirmi trattare di questa apparizione degna di ammirazione. […] Tutti, poi, cercando ansiosamente di conoscere con unanime interesse la sostanza, il moto, il luogo e il motivo di quella apparizione”.

Estendiamo la portata di queste parole oltre le Supernovae: esse esprimono in modo esemplare il “desiderio di Scienza” che fa diventare scienziati.


Collegamenti
Supernovae , Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell’INFN
Il Planetario Virtuale , INAF - Osservatorio Astronomico di Padova
Fu-Yuan Zhao, R. G. Strom e Shi-Yang Jiang, The “Guest Star” of AD185 must have been a Supernova , Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics (2006)
NASA Telescopes Help Solve Ancient Supernova Mystery , NASA Mission News (2011)
W. Shea, Galileo and the Supernova of 1604 , Atti della Conferenza 1604-2004: Supernovae as Cosmological Lighthouses, Padova (2004)
Osservatorio Ruggiero de Ritis

Maurizio Paolillo e Paolo Strolin
26 Giugno 2014

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Professore Emerito di Fisica Sperimentale
Università di Napoli "Federico II"
Complesso Univ. Monte S. Angelo
Via Cintia - 80126 Napoli - Italy
Ultima modifica: 10/02/2017 11:48 da Paolo.

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