Questo articolo è stato inserito nella RACCOLTA dedicata agli studi più recenti sulle supernove Ia, che stanno facendo vacillare la certezza sulla loro luminosità standard, sulla quale poggiano le misurazioni circa l'espansione dell'Universo.

Si continuano a formulare ipotesi, modelli, scenari, basati sull’energia oscura legata essenzialmente all’accelerazione dell’espansione dell’Universo, senza preoccuparsi tanto di come le candele standard che l’hanno “creata” si stiano diversificando. Forse sarebbe meglio sospendere un attimo le teorie e dedicarsi a conoscere meglio questi fari cosmici che tanto perfetti non sembrano essere. Qualcuno lo sta facendo, tenendo conto di ciò che si osserva e di come lo si può simulare.

Forse si è stati troppo ottimisti fin da subito. Pensare che l’esplosione di una stella potesse essere considerata un’azione ripetitiva e sempre uguale sembrava troppo bello. Però, era anche troppo bello vedere come quest’ipotesi risolvesse problemi enormi. Alla fine ci si è convinti (o ci si è voluti  convincere) che le esplosioni stellari potessero essere lette come segnali precisi di un singolo processo e, quindi, essere utilizzate come metro fondamentale per misurare le distanze galattiche. In poche parole, se la luminosità intrinseca deve essere sempre la stessa, la luminosità apparente deve dipendere solo dalla distanza.

Da un prezioso utilizzo per una mappatura ben più estesa del Cosmo, si è giunti all’espansione accelerata. Può anche darsi che vi sia realmente, ma questo passaggio comporta una sempre maggiore convinzione della precisione delle candele cosmiche. Per confermare una  certa piccola differenza tra due quantità bisogna essere ben sicuri che le due quantità siano veramente confrontabili.

Recentemente, la sicurezza sulla costanza del “metro” usato sta cedendo ed è messa sempre più in discussione. Una perdita di certezza vuole automaticamente dire che le differenze potrebbero non essere reali, ma dovute a differenze intrinseche nei “metri”, non tutti uguali tra loro.

D’altra parte, pensandoci bene, si ritorna alla vecchia idea: “E’ veramente possibile che le esplosioni stellari siano così simili tra loro? D’accordo sul limite di Chandrasekhar, ma considerarlo come una perfetta linea di arrivo non è forse un po’ troppo semplicistico?”. Come fare per avere una visione più sfaccettata e completa? Non basta certo osservare una supernova che è un lampo di luce e che ben difficilmente può permetterci di assistere a cosa stia capitando in realtà. Accettare una sola possibilità per un processo che conosciamo ben poco è opera poco scientifica e assomiglia a un atto di fede. Finora si poteva anche considerare come prima approssimazione, ma se si vuole estrapolarla a livelli sempre più fini diventa necessario capire molto meglio il processo di partenza.  In altre parole, è giunta l’ora di creare modelli diversificati e controllare se si ottengono risultati apparentemente simili o decisamente diversi. Le osservazioni permettono di tentare questo passo ormai più che necessario.

Finora le supernove di tipo Ia, relative all’esplosione di una nana bianca, sono state considerate le candele standard più perfette dell’Universo. Chiudendo un po’ gli occhi si è forse sovrastimata la loro capacità intrinseca  e ci si è convinti che l’errore sulla determinazione delle distanze restasse sotto al dieci per cento. Come già detto, potrebbe anche essere tutto vero, ma a qualcuno sembra che si stia buttando troppa polvere sotto al tappeto e che sia giunta l’ora di andare a controllare se veramente l’ esplosione stellare può essere realisticamente un fenomeno così ripetitivo… Molte prove (ne abbiamo parlato più volte) hanno mostrato che sembrano esistere tipi diversi di supernove di tipo Ia.

Per costruire un modello in grado di tenere in conto tutte le certezze acquisite finora sull’evoluzione stellare e stato necessario utilizzare uno dei supercomputer più potenti del mondo, il Titan. Dati ve ne erano abbastanza e si poteva cercare di simulare condizioni diverse e vedere cosa succedeva. In particolare, ci si è dedicati a quella che viene chiamata esplosione a doppia detonazione. Cerchiamo di entrare un po’ di più nei dettagli.

Tutti i tipi di supernova Ia cominciano con una stella morente legata a una compagna.  Le nane bianche sono stelle di tipo solare che hanno consumato quasi tutto il loro combustibile nucleare. Sono essenzialmente composte di ossigeno e carbonio e comprimono una massa solare in un volume pari a quello della Terra.

Se la stella fosse isolata, si spegnerebbe lentamente diventando fredda e… nera. La presenza della compagna, però, le permette una nuova vita con un finale con il … botto. Può farlo essenzialmente in due modi: o unendosi decisamente a lei e regalarle tutta la sua massa, oppure imboccarla, con la sua materia, un po’ alla volta fino a portarla a una massa critica. E già qui le cose potrebbero cambiare: la compagna può essere una stella come il Sole o una gigante rossa o, addirittura, un’altra nana bianca. Molto dipende, perciò, sia dal tipo di stella che l’accompagna sia dall’orbita (la vicinanza può cambiare di molto la strada da seguire).

Nella visione classica, quella relativa alla singola detonazione, la nana bianca cattura il massimo possibile di massa fino a raggiunger le 1.4 masse solari, il ben noto limite di Chandrasekhar. La massa aggiunta un po’ alla volta aumenta la pressione sul nucleo più interno ripristinando la fusione nucleare. Il calore cresce sempre più all’interno della stella fino a che non riesce più a scappare abbastanza velocemente dalla superficie. A questo punto, un fronte caldissimo si muove verso l’esterno coinvolgendo l’intera stella e portandola all’esplosione.  La temperatura della caldaia è stata alzata troppo e il calore non riesce più a disperdersi all’esterno: boom!!

Questo modello dà una ragione valida per uno scenario ripetitivo, dato che si basa essenzialmente su una massa critica ben definita.

Per raggiungere il limite di Chandrasekhar una nana bianca deve aumentare la sua massa in modo continuo e regolare. E’ veramente sempre tutto così semplice? Vediamo come funzionerebbe il processo a doppia detonazione…

In questo caso, la nana bianca si costruisce una superficie essenzialmente di elio. Essa può essere ottenuta sia succhiando idrogeno da una stella morente di tipo solare e poi trasformarlo in elio, sia prelevandolo direttamente da un’altra nana bianca di elio, ma anche recuperandolo dal nucleo di una stella di tipo solare ormai in fase di sfaldamento.

Ciò che si è trovato è che la formazione dello strato di elio sulla superficie può causare una denotazione prima di raggiungere la massa critica di 1.4 masse solari. Questa esplosione pre-Chandrasekhar può, solo dopo, innescare una seconda detonazione nel nucleo più profondo di ossigeno e carbonio.

La cosa più importante è che se lo strato superficiale di elio è abbastanza spesso l’esplosione finale cambia sostanzialmente la sua apparenza esterna, mentre se lo strato è sottile, assomiglia  molto al modello classico.

Titan ha simulato 18 casi di doppia detonazione. Un lavoro immane che solo un computer (adeguatamente istruito) può fare, raggiungendo i 27 quadrilioni di operazioni al secondo. Ogni caso ha utilizzato uno strato diverso di elio e un nocciolo corrispondente di carbonio e ossigeno, in modo da ottenere una detonazione. Inoltre si sono anche variate le temperature del nucleo, da 1 a 10 milioni di gradi Celsius. Il modello ha mostrato come si formano le zone calde nella fase pre-Chadrasekhar, le zone dove il calore non può scappare abbastanza velocemente e non può evitare un’esplosione anticipata.

Facendola breve, sembra proprio che il modello alternativo a doppia detonazione funzioni piuttosto bene. Si è solo all’inizio, dato che sono in progetto maggiori sofisticazioni del modello in modo da tenere sotto controllo tutte le varie fasi termonucleari e come evolvano all’interno della stella. Un lavoro teorico e modellistico, ovviamente, ma basato su dati di fatto e su osservazioni.

Si evidenzia, comunque, il vero punto chiave. E’ possibile ottenere una supernova di tipo Ia anche con modalità diverse da quelle classiche e, cosa più importante, queste modalità portano a luminosità non confrontabili tra loro.

Le possibili conclusioni sono sicuramente provvisorie e cerco di riassumerle semplicisticamente.

(1) Le differenze tra i vari modelli sono piccole e cadono all’interno dell’errore osservativo. Si può continuare senza grandi problemi, ma con estrema attenzione alle incertezze previste.

(2) Le diversità sono più grandi e bisogna, allora, vedere se si possono separare le supernove di tipo Ia in varie sottoclassi, ciascuna relativa a un “metro” diverso. Qualcosa del genere era già stato tentato e ne avevamo anche parlato. In questo caso  trattare le Ia come tutte uguali porta a errori sistematici, i più maligni di tutti.

(3) Le differenze di percorso esplosivo non sono solo macroscopiche ma hanno anche un legame con l’evoluzione delle stelle in funzione dell’invecchiamento dell’Universo (cambiano le abbondanze del materiale usato per formare le stelle). In questo caso, l’espansione accelerata vacilla molto, forse troppo, per non ripensarla completamente.

Insomma, proseguiamo pure con le classiche idee, ma stiamo attenti a estrapolarle senza sapere quale e quanta polvere mettiamo sotto al tappeto. Una cosa è creare mappe più o meno valide e un’altra cosa è considerare differenze, al limite degli errori, come dovute a processi reali (e anche un po’ esotici). Insomma, l’energia oscura potrebbe oscurarsi ancora un po’…

Una volta tanto, forse, la mente umana ha cercato di semplificare troppo l’Universo… L’importante è accorgersene e non ostinarsi a far finta di niente…

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