Perche una Stella quando esaurisce il combustibile nucleare, contraendosi dovrebbe esplodere? Se la massa che possiede contrasta l’espansione durante la sua massima attività, perche quando l’energia disponibile diminuisce dovrebbe poter vincere la gravità con una esplosione? Grazie. Valerio

Per prima cosa ritengo utile ricordare che la sorgente di energia di una stella è la fusione nucleare, cioè quel processo che avviene alla temperatura di 10-15 milioni di gradi Celsius mediante la fusione, appunto, dell’idrogeno in elio. Quello che avviene nel nucleo è il celeberrimo “Ciclo di Bethe” che porta il nome dell’omonimo astronomo (Hans Bethe, che per questa scoperta fu insignito del premio Nobel). Nella Fig. 1 è riportato lo schema di tale reazione.

 

 

Altra cosa da sottolineare che l’equilibrio tra l’energia liberata dalla fusione e la forza di gravità non è statico ma dinamico e quindi la struttura della stella varia nel tempo (Fig. 2). Infatti, il processo consuma man mano l’idrogeno (quattro nuclei di idrogeno formano un nucleo di elio) e le particelle di elio ottenute esercitano un’energia inferiore rispetto a quelle dell’idrogeno stesso; nel frattempo si avranno reazioni più veloci, con aumento del flusso di energia verso l’esterno. Il risultato è un’alterazione dell’equilibrio con la forza di gravità: il nucleo si restringerà e gli strati esterni si espanderanno. Il Sole, ad esempio, è il 30% più espanso rispetto al momento della sua formazione.

 

Veniamo ora alla fase finale dell’evoluzione di una stella. Per prima cosa, è bene anche qui ricordare che non tutte terminano con un’esplosione di Supernova: le stelle con massa inferiore alle 8 m.s. (masse solari) hanno una fine relativamente più tranquilla, passando dalla fase di Gigante Rossa a quella di Nebulosa Planetaria che si ottiene per espulsione degli strati esterni non mediante deflagrazione, ma per via del forte vento stellare della Nana Bianca al suo centro che, pertanto, li “soffia via”. Per il processo di Supernova, secondo una delle teorie più considerate dalla comunità astronomica, rimando alla mia precedente risposta.
Richiamo solo i due punti critici per la domanda del lettore che sono poi quelli che portano all’esplosione:

1. Il decadimento beta inverso (o cattura elettronica), dovuto alle altissime pressioni e temperature, mediante il quale gli elettroni ad alta energia reagiscono con i protoni a dare elettroni e neutrini:

p + e- → n +ν

I neutrini fuggono via recando con sé energia e vengono in parte assorbiti dagli strati esterni, in espansione e in fase di distacco dal nucleo. In pratica, qui inizia la fase di supernova.

2. Il nucleo cessa il collasso al momento della formazione di una stella di neutroni e lo fa assestandosi con oscillazioni radiali smorzate che generano un’onda d’urto tale da avere un’energia sufficiente a spazzare via tutti gli starti esterni.

Tutto questo processo, che avviene in tempi assai rapidi, genera una quantità di energia enorme e si calcola che per una stella di neutroni sia di circa 1,5 m.s. (poco sopra il limite di Chandrasekhar) sia di 1046 J, più che sufficienti a giustificare l’esplosione di Supernova.

Ovviamente, essendo una teoria ancora oggetto di dibattito, tutto quanto osservato potrebbe cambiare a seguito di nuove scoperte!