Categorie: Fuori sequenza Supernove
Tags: Betelgeuse collasso energia luminosità neutrini onda di shock raggio stella variabile variabile pulsante
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:29
Betelgeuse? Parliamone... **
Dopo i momenti di trepidazione e di speranza che abbiamo passato in questi ultimi mesi, purtroppo Betelgeuse ha rinviato il suo spettacolo! Rinviato di poco (per lei), ma probabilmente di troppo per noi e -forse- per l'intera specie umana. Penso che valga la pena dedicarle un articolo speciale, senza alcun rancore verso di lei, basandoci su un lavoro di grande accuratezza appena uscito e rivolto proprio alle supergiganti rosse variabili.
L'analisi attenta effettuata attraverso un modello perfettamente adeguato a Betelgeuse ci permette di seguire quali saranno le sue ultime fasi e capire quanto sia difficile prevedere la sua luminosità effettiva, come chiesto da molti di voi.
Il succo della questione è cercare di simulare cosa potrebbe succedere a una supernova se essa fosse originata da una stella fortemente variabile, di tipo pulsante, proprio come la nostra amica. In particolare, cosa cambierebbe se l'esplosione (o quello che in realtà è) avvenisse in una fase di contrazione o di espansione. Ricordiamo, infatti, che una variabile pulsante è una stella che manifesta un vero e proprio "respiro", più o meno regolare, gonfiandosi e sgonfiandosi periodicamente. A volte il respiro è più profondo (vedi il caso dell'ultimo minimo di Betelgeuse), a volte più corto. Il gonfiarsi e lo sgonfiarsi farebbe variare il raggio, parametro essenziale per determinare le modalità dell'esplosione.
Ricapitoliamo, perciò, prima di tutto, le fasi finali di una normale supergigante rossa, alla fine della sua vita normale, in condizioni di NON variabilità. Finito di bruciare il silicio, la stella si trova con un nucleo di ferro incapace di produrre energia mediante la fusione nucleare. Niente tiene più a distanza la massa più esterna e la gravità risponde subito attraverso il collasso della materia. Tuttavia, chi prima si contrae è proprio il nucleo di ferro, pochi istanti (mezzo secondo?) prima che gli strati esterni piombino su di lui. Quel tanto che basta affinché la violenza dello schiacciamento del nucleo comporti il caos negli atomi e faccia scontrare assieme protoni ed elettroni in modo che si trasformino in neutroni, ben più capaci di tentare di arrestare il collasso e limitare le conseguenze (almeno fino a che vale il principio di Pauli o, come abbiamo appena visto, la forza nucleare forte non cambi modo di manifestarsi).
Quella frazione di tempo è fondamentale, in quanto, nella trasformazione di protoni ed elettroni in neutroni, si origina una quantità impressionante di neutrini, portatori di grandissima energia. Normalmente, i neutrini fanno di tutto per passare inosservati: basta pensare che il nostro corpo viene attraversato ogni secondo da almeno cento trilioni di neutrini senza che nessuno di essi interagisca con i nostri atomi (fortunatamente...). Malgrado il loro profondo rispetto per la privacy altrui, all'interno di una stella gigantesca che cerca di contrarsi sempre più, anche i neutrini riescono a interagire con la materia e rilasciare una quantità di energia impressionante, in grado di creare un'onda di shock capace di rigettare indietro la materia collassante o -se preferite- farla esplodere.
L'energia liberata riesce ad accendere una luce spaventosa che può raggiungere quella dell'intera galassia, di cui fa parte, anche per un periodo di un centinaio di giorni. Poi lentamente gli atomi di idrogeno riescono a ricomporsi e a tornare neutri spegnendo il bagliore e lasciando i resti della stella che andranno ad arricchire le nubi in cui nasceranno nuove stelle (il fantastico ciclo della vita stellare, di cui anche noi siamo una piccolissima parte).
La luminosità massima e la sua durata sono, ovviamente, legate a tre parametri fondamentali: la massa della stella, l'energia che viene rilasciata e il suo raggio. Proprio il raggio fa sì che una stella pulsante come Betelgeuse sia un caso difficile da prevedere. Come già detto, infatti, il suo raggio varia in accordo con il respiro stellare, ossia la sua variabilità.
Si potrebbe pensare (e anche correttamente) che l'esplosione sia funzione del momento di "respirazione" della stella. Se essa fosse in contrazione si comporterebbe come una stella più piccola e viceversa. Non sarebbe perciò difficile prevedere le diverse modalità di esplosione a seconda delle dimensioni raggiunte un attimo prima del collasso. Il problema è che i vari strati della stella non pulsano all'unisono e mentre quelli più esterni si espandono, altri più interni si contraggono o viceversa. Insomma, una respirazione diversificata e ben più complessa della nostra. Ciò comporta una doppia azione, come se parte della stella fosse più piccola e parte più grande rispetto a una non variabile o -al limite- variabile in modo univoco. Ovviamente, l'intero fenomeno si ripercuote sull'energia finale con differenze anche estremamente grandi che sono praticamente impossibili da prevedere. in altre parole, non basta chiedere alla stella: "Dica trentatrè!"
Stiamo, comunque, sicuri che questo tipo di analisi, attraverso simulazioni sempre più accurate, andrà ancora avanti e chissà che non sia in grado di sentire sempre meglio il polso di Betelgeuse .
Ricordiamo anche che Betelgeuse è una delle poche stelle di cui, oltre che sentire il polso e valutarne la respirazione, si può anche vedere l'intero "fisico", direttamente, come mostra una ormai famosa immagine
Beh... Betelgeuse si meritava un po' di attenzione! (*)
Articolo originale QUI
(*) QUI le dedichiamo ancora più attenzione
NEWS del 14/4/2020: Variabile pulsante o sistema binario? Parliamo dei dubbi sollevati dagli studi sulla super supernova SN 2016asp.
Per una trattazione approfondita dell'evoluzione stellare, si rimanda alla sezione d'archivio "Dall'atomo alle galassie", nella quale questo articolo è stato inserito.
29 commenti
Grazie Enzo , spiegazione chiara e peccato non avere assistito ad un evento così, ma lasciamo a betelgeuse la piena libertà di decidere ; chi siamo noi piccoli esseri per decidere la vita di una Stella .
Caro Mariolino,
come si diceva ieri con Frank nel commento sui neutroni... e se Betelgeuse avesse libero arbitrio? In fondo anche noi che abbiamo libero arbitrio siamo destinati tutti a seguire alcune regole della Natura. Forse una stella fa lo stesso.
Anche meglio di noi probabilmente.
Dunque Enzo sei convinto che possediamo il libero arbitrio? No no Betelgeuse non può fare altro che un bel sciopone e via questo pessimismo la fase dell'ossigeno potrebbe finire al prossimo minimo tra un anno o poco piú e allora vedremo un bel botto, corona virus permettendo.
Veramente eri tu che dicevi che l'uomo aveva in più il libero arbitrio. E allora io ho aggiunto che potrebbero averlo anche le stelle... In fondo anche noi siamo destinati a finire, libero arbitrio oppure no. E allora, qual è la differenza con Betelgeuse?
A mio avviso, più che finire siamo destinati ti sia noi che Betelgeuse a trasformarci in qualcos’altro.
Nel corso della nostra esistenza (quella tra la trasformazione iniziale e quella finale) ci muoviamo attraverso una serie di possibilità (come una strada da cui se ne diramano diverse altre) ed ogni volta seguiamo una via piuttosto che un’altra (forse è questo il libero arbitrio, sia nostro che di Betelgeuse ?).
In genere si tende a scegliere la via più facile (quella in cui l’onda di probabilità ha ampiezza maggiore), ma a volte si intraprende quella più difficile, o quella meno scontata ed è questa diversità di “scelta” che aggiunge quel pizzico di imprevedibilità che rende l’Universo un luogo tutt’altro che scontato.
Certamente ad un certo punto, sia per noi che per Betelguese, ci aspetta la trasformazione finale, ma il modo in cui questa avverrà è anche frutto di cosa succede nel mentre, ossia delle strade intraprese tra la trasformazione iniziale e quella finale.
Ovviamente la mia è solo un opinione, senza altre pretese.
La tua, Paolino, è una considerazione che mi trova pienamente d'accordo. D'altra parte anche l'energia potenziale (e non solo) cambia sempre nello stesso modo qualsiasi sia il tragitto che fai partendo da A e arrivando a B.
Veramente io dicevo che non lo so e che la scienza che studia specificamente del cervello umano continua a trovare indizi per il non esserci ma é presto per qualsiasi conclusione.
Mi spiace ma non mi trovate d'accordo anche se vorrei tanto esserlo. Ogni individuo é quello che é come somma delle sue esperienze e se queste si interrompono non restano che aggregati di materia indistinguibile come d'altronde ha deciso la natura. Un elettrone, per esempio, é esattamente uguale a tutti gli altri nell'intero universo e nel momento che subisce una trasformazione é un'altra cosa esattamente uguale a tutte le altre nella quale si é trasformata. Anche Betelgeuse non può fare altro che esplodere obbedendo alle leggi di natura, spero solo che finisca di "perdere tempo" con l'ossigeno, velocemente nell'umano intendere.
Grande, grandissimo Paolo , pensiero perfetto che mi trova più che daccordo.
Scusa Frank, premesso che per fortuna non è certo obbligatorio pensarla tutti allo stesso modo, vorrei provare a rispondere alle tue obiezioni.
Tu dici: “ogni individuo é quello che é come somma delle sue esperienze”, si ma tali esperienze sono anche frutto di innumerevoli scelte compiute nel corso della propria esistenza… tutti alla fine ci “disgreghiamo” (trasformiamo in altro), ma ognuno ci arriva a suo modo, seguendo strade e scelte diverse.
Tu dici: “un elettrone, per esempio, é esattamente uguale a tutti gli altri” potrei dire non proprio (vedi spin, ecc.), ma in ogni caso un elettrone può comportarsi in mille modi diversi: legarsi ad un nucleo, viaggiare per i fatti suoi, giocare con i fotoni dando vita a differenti fenomeni di scattering… come vedi ogni elettrone può compiere scelte diverse rispetto ad altri elettroni come lui.
e aggiungo: " un elettrone può decidere di penetrare in uno specchio oppure tornate indietro..." come insegna la QED. Eppure sembra proprio ed è uguale agli altri. E non c'entra per niente il materiale in cui vuole entrare...
Ma Paolo proprio qui sta il confine, sono frutto consapevole o conseguenze inevitabili? Questo é un dibattito aperto ma é destinato a protrarsi a lungo anche se, come dicevo, ogni piccola conquista scientifica sembra far pendere la bilancia sempre dalla stessa parte. Non sono certo io ad avere la risposta, propendo solamente dalla parte di quanto affermato sopra ma non ho alcun elemento a prova inconfutabile.
Un elettrone non decide nulla, può fare solo ciò che gli é consentito e deve farlo e anche nel caso dello specchio deve seguire l'onda di probabilità. Capisco la visione poetica di Enzo e mi piace anche ma se le particelle potessero fare cose diverse da quelle che devono obbligatoriamente fare la relatività sarebbe un poema epico. Tutto quello che sa e che sa fare un elettrone é esattamente come tutti gli altri.
Lo dico anche se ovvio: se introduciamo la religione risolviamo in un sol colpo il problema diventa un atto di fede.
Caro Frank!
colpisci pure le palline da golf... ma non toccarmi gli elettroni! Ne sanno una più del diavolo. Siamo noi che conosciamo solo poche delle loro possibilità che, probabilmente, sono infinite... Hanno deciso di far nascere l'Universo dalla nebbia più fitta. Ti sembra poco? Noi non riusciamo nemmeno ad emergere da un po' di influenza...
E cosa altro potevano fare?
Emergere??? Stiamo sprofondando a piombo. Ma quante opportunità finanziarie....... Sempre che non si rompa tutto. Preferisco tirare gli elettroni hops le palline al golf club.
Non era sottolineato all'invio.
Potevano -forse più saggiamente- evitare di lasciare i nuclei dell'idrogeno e riposare senza far costruire gli elementi... Sai che pace!
Giusto, qui ti volevo ma una volta presa quella decisione il tutto é conseguenza univoca.
E chi te l'ha detto? Potevano costruire solo nane brune oppure stelle giganti della durata di pochi milioni di anni. La vita biologica sarebbe stata impossibile (come la conosciamo noi). Oppure chissà cosa, che non possiamo nemmeno immaginare dato che è fuori dal nostro limitato intervallo di razionalità.
Un elettrone, mi ha spifferato tutto ma non gli ho dato tanto retta parlava di multiversi e come sai sono allergico a queste storie. Anche in quel caso comunque l'arbitrarietà va a farsi benedire, se prendo tutte le strade possibili siamo punto e a capo.
gli elettroni scelgono dopo aver discusso e fatto tante prove. Un regime veramente democratico. Che in fondo segue sempre la vecchia regola della nonna "neutrona": non troppo caldo non troppo freddo...
caro Frankolino,
Una perfetta definizione degli elettroni, fotoni & co. l'ha data Giorgio Gaber:
"La libertà non è uno spazio libero
Libertà è partecipazione"
Se non sono loro che partecipano chi mai lo fa? Loro sì che sono liberi e hanno il libero arbitrio!
Che fai mi provochi? Dire ad un golfista questo é una dichiarazione di guerra ahahahah. Gaber come fonte mi pare deboluccia. Stavo dimenticando dove sono finite le prove che hanno fatto gli elettroni?
Mi metto in viaggio ci sentiamo questa sera SuperEnzo.
Mi sa che tu da golfista vorresti ridurre gli elettroni a palline la cui traiettoria è determinata.
Più che tirare in ballo la religione, a mio avviso la questione si svolge attorno al cosiddetto determinismo.
La MQ, però, mette fortemente in crisi il determinismo, anzi uno dei principi cardine è proprio l’indeterminazione di Heisenberg.
Ne segue che il comportamento del singolo elettrone è imprevedibile… si può dire che una certa percentuale di elettroni rimbalza sullo specchio ed una percentuale minore penetra nello specchio, ma non quale elettrone rimbalzerà e quale no.
Tale comportamento assomiglia molto a ciò che noi bipedi chiamiamo scelta, ma ovviamente il concetto di scelta in tal caso non è assimilabile alla nostra idea di scelta, basata su ragionamenti o altre elucubrazioni mentali, ma alla possibilità di un singolo elettrone di cavalcare l’onda di probabilità con maggiore oppure con minore ampiezza.
L’elettrone non segue l’onda, “sceglie” l’onda!
Bravo Paolino!!!
Miiiiii Enzone allora dillo che ti fai difendere dal Paolino, ahahahah.
Paolo, magari la traiettoria golfistica fosse determinata, forse gli elettroni possono percentualmente gabbare la regola ma si badi bene che la percentuale calcolata sempre quella é, le palline da golf invece non solo decidono singolarmente azione per azione ma hanno pure un'anima e sono molto dispettose. Determinismo o libero arbitrio che sia si parla della stessa cosa, anche secondo me la religione non c'entra ma prova a chiedere al padre della relatività che sta tanto caro ad Enzo, lui la religione la riteneva indispensabile in connubio con la scienza e il suo parere vale sicuramente piú del mio. Certo non la "classica" religione. Giusto per stuzzicare Enzo: l'onda sceglie il gruppuscolo di elettroni. Provate a dimostrare il contrario.
Sono a metà strada mi fermo a dormire non c'è la faccio piú.
Dormi, dormi caro Frank e sogna tanti elettroni ribelli che giocano a nascondino con i fotoni... Ricordati che se pensi e scrivi e giochi a golf lo devi solo al loro gioco! Il giorno che decidessero di stare fermi... sai cosa capiterebbe
Ma non possono stare fermi, proprio per il solito principio. Pensa che vale anche per golf: se osservi la pallina mentre la fai volare ne cambi la direzione. Non sto scherzando, chiedere a qualsiasi golfista.
Mi sa che ti ha morso un mamba verde... poverino (lui)!!!
Però, hai ragione, anch'io ho visto spesso le palline ... girare!!
Poverino? È schiattato.
Non ti facevo golfista.
Sono a casa, questa sera mi rimetto a pari sul circolo.