Le Vite degli Astri (Parte 3: Freaks e Leviatani)

Sopra le 8 masse solari circa le stelle hanno il gusto del teatro, non accettano di spegnersi e basta...

Cavalcata tra le stelle in tre parti by Robo

Prosegue da: Parte 2: La Massa

Conflittualità in famiglia

Ora finalmente possiamo analizzare cosa succede quando in una famiglia non si agisce di concerto per il bene della stessa. Prendiamo il caso di una nube di gas che partorisca due protostelline sorelle; dicono succeda spesso. Le due, che stimiamo stiano entrambe sotto le 8 masse solari, crescendo, iniziano ad avere un movimento di rivoluzione attorno al centro di gravità comune del sistema (lo fa anche il sole, solo che il centro di gravità comune del sistema solare coincide più o meno col centro del sole). Di solito come in tutti i parti gemellari una delle due è un po' più grossa dell'altra e per le stelle essere più grosse significa avere un'evoluzione più veloce. La maggiore passa per prima dallo stadio di gigante rossa, espelle i suoi stati esterni e resta una piccola nana bianca (più o meno delle dimensioni della Terra).
La sorella più lenta se ne dispiace ma va avanti per la sua strada.
Quando diviene anch'essa gigante rossa o semplicemente aumenta il proprio raggio col tempo può accadere che le sue periferie vengano ad essere attratte dalla gravità della sorellina zombi... che si rianima.
Ogni volta che ondate di gas idrogeno, intercettate dalla nana, finiscono sulla superficie di quest'ultima si accendono reazioni nucleari spasmodiche e la nana diventa una nova...
Gli antichi le chiamarono così perché pensavano di veder nascere una stella, invece vedevano i guizzi della lunghissima non-morte cosmica.
La cosa può accadere con una certa frequenza o meno, a seconda della distanza, massa delle stelle etc, ma va avanti per un po', e ogni volta che del gas ricade sulla nana bianca, oltre a suscitare una ritrovata vitalità ne aumenta la massa. Quando questa supera un certo limite si innescano nel nucleo del perlaceo astro non morto reazioni di fusione del carbonio e dell'ossigeno (ovviamente non c'è mai stato nessuno a vederle, sono i modelli attuali che meglio spiegano ciò che si rileva  dalle osservazioni) e la nana (che non è in grado di espandersi come farebbe una stella viva per via degli elettroni degenerati, non ho capito perché ma è così) esplode. BAM!!! Supernova tipo 1A, le candele standard dell'universo, perché, a parte qualche possibile variazione sono più o meno esplosioni tutte uguali, tutte della stessa luminosità e caratteristiche.
L'esplosione può scagliare via la compagna che diventa una stella vagabonda chiamata Blue Straggler.

Gli irrequieti giganti della massa

Sono pochine, quelle grosse. Ma abbelliscono il nostro cielo perché si mostrano da lontano. Hanno nomi mitici e meravigliosi: Betelgeuse, Antares, Rigel. Sono lontani giganti attorno alle 20 masse solari, niente di paragonabile coi veri mostri galattici da oltre 60 masse solari e con le mitiche e supposte stelle arcaiche di popolazione 3, i leviatani estinti del cielo. Comunque esse rivaleggiano in luminosità con Sirio e Vega pur essendo molto più distanti.
Grazie al cielo questi ribollenti bestioni ci sono, grazie al cielo sono lontani: sputano flotte di radiazioni ultraviolette e, dopo un tempo più breve di quello del sole, diventano delle giganti, anzi delle supergiganti, di vari colori a seconda del momento evolutivo. Sopra le 8 masse solari circa le stelle hanno il gusto del teatro, non accettano di spegnersi e basta lasciando una nana bianca come vestigia di sé. Sono grosse abbastanza da non avere problemi con elettroni degenerati o temperature al nucleo insufficienti per una nuova fusione, e così vanno dall'idrogeno all'elio, dall'elio al carbonio, poi ossigeno, silicio ed infine ferro. Quando si arriva al ferro siamo al capolinea.
É necessario spiegare il perché: ogni reazione di fusione ha necessità di una data temperatura per aver luogo ma alla fine rilascia più energia di quella necessaria per attivarla, è per questo che le stelle bruciano e la contenzione è assicurata dalla forza di gravità. Questo fino al ferro. Il ferro, il nobile ferro con cui si forgiano le armi, il signore dei metalli, quando si accumula al centro delle stelle diviene una scoria inerte. A poco a poco soffoca le reazioni nucleari, finché non c'è più nulla che si possa fondere, restano i soliti testardi elettroni degenerati. Ma il ferro si accumula finché diviene così massiccio da forzare le riottose particelle. Allora la parte esterna del nucleo di ferro, non più sostenuta dalla dall'energia liberata dalle ultime fusioni, crolla su quella interna. É una campana a morto cosmica, un DONG!!! che annuncia la fine. Il rimbalzo, che sembrerebbe annaspare negli strati densi della periferia viene testé rinforzato da un flusso cospicuo di neutrini che completano l'opera: è supernova!

Uno degli spettacoli violenti del cosmo, dove vengono tra l'altro creati gran parte degli elementi più pesanti del ferro, tra cui quelli a noi molto cari come l'oro, il platino e l'uranio.

Poi, dopo la festa, che rimane?

Dipende dalla massa del nucleo che collassa: la gravità strizza i nuclei con gli elettroni e si forma una stella di neutroni, a questo punto se questi ultimi (anch'essi "degenerati" in tale situazione) riescono a bloccare l'ulteriore contrazione ci si ferma qui. Se la massa è tale che nulla riesce più fermare l'inesorabile morsa della gravità la materia stessa collassa in un buco nero. Sono i resti di supernova. Vestigia violente di una fine violenta.

La stella di neutroni è un mostrillo cosmico. Se ci fosse un circo dei freaks dell'universo sarebbe tra le attrazioni: "Venghino signori! Venghino ad ammirar la trottolina! Osservate il suo mirabile doppio fascio luminoso. Apprezzatene la regolarità: tic, tac, tic, tac, come un orologio. Se navi ci fossero, a navigare il cosmo, ella ne sarebbe il faro!". La chiamiamo Pulsar.

Per un meccanismo di cui ho letto (e poco capito) l'energia rotazionale enorme della stellina non morta (mantenere la quantità di moto, mentre ti rimpicciolisci, ti porta ad una spasmodica rotazione, pensate alla pattinatrice sul ghiaccio che raccoglie a sé le braccia) viene drenata dal faro cosmico e, lentamente ma inesorabilmente, la rotazione della pulsar rallenta, tanto che, più vecchie sono le stelline, più lente pure appaiono. A meno che non siano sorelline vigliacche di una stella più lenta ad evolvere. Anche qui come abbiamo già visto per la nana bianca, che, per inciso, rispetto ad una stella di neutroni sarebbe un enorme gigante, il vampirismo di gas cambia la storia. Il gas rubato aumenta la velocità di rotazione ed il ciclo del faro a lei associato e la pulsar diventa superveloce, tic-tac-tic-tac-tic-tac-tic-tac-tic-tac-tic-tac...

Esiste anche una categoria di stelle di neutroni che si chiamano Magnetar. Se le pulsar sono i lampeggianti dell'universo le magnetar sono i magneti: il loro campo magnetico stira gli atomi e strapperebbe la carne dalle ossa per via della polarità della molecola dell'acqua. Altro di queste stelline rare non so se non che hanno vita breve (10000 anni) e che sono rare.

Poi ci sono i buchi neri. Che dire?

Sono stati, come le stelle di neutroni, prima postulati sulla base delle equazioni della relatività di Einstein, poi rilevati all'osservazione indiretta (neri sono, appunto).

A me stà cosa sembra già notevolissima. Però pensare che la gravità possa comprimere la materia e portarla, non ad una sorta di autodistruzione, ma a qualcosa che sussiste ancora ma non si può osservare, la singolarità, nascosta dietro il mantello dell'orizzonte degli eventi, mi stordisce. Eppure ruotano, mangiano gas sparando getti polari e diventando più grossi ed, infine, evaporano pure (tanto più lentamente quanto massicci sono) emettendo la radiazione di Hawking.

Inciso: all'orizzonte degli eventi il vuoto, come da qualsiasi altra parte brulica di particelle virtuali. Queste sono coppie particella-antiparticella che si formano senza che cambi l'energia totale del sistema, perché la loro annichilazione successiva la riporta a zero. Non é una ipotesi fantasiosa il loro effetto é misurabile e cambia quello delle particelle cariche "reali". Solo che all'orizzonte capita che una delle due, invece di annichilarsi con la compagna, finisca dentro al buco nero stesso e l'altra fugga via, diventando radiazione. Per la legge di conservazione dell'energia il buco nero, ogni volta che ciò accade, perde un po' di massa.

Questi cupi divoratori di luce e di qualsiasi altra cosa finisca per spiraleggiare attorno ad essi saranno anche gli ultimi astri a cessare di esistere, nel futuro profondo dell'universo. Quando ogni formazione stellare sarà esaurita, quando le ultime anziane nane rosse si spegneranno e le galassie stesse, esauste, smetteranno di essere i luminosi crocevia dello spazio, nell'universo in espansione resteranno solo gas estremamente rarefatto, polvere ed enormi e solitari buchi neri in lentissima evaporazione.

Il nero cancello dell'orizzonte degli eventi é, in definitiva, una sorta di censura cosmica: "L'ingresso é vietato ai minori di tot eoni...Tornate alla fine dei tempi, forse toglieremo il velo per tutti. Forse".