Le supernove, eventi visibili a distanze intergalattiche, sono tra le esplosioni più colossali che l’umanità abbia mai visto. Per alcuni giorni, alcuni possono diventare luminosi come un’intera galassia.
Dopo questa esplosione, una marea di elementi chimici si diffonde in modo massiccio e, supernova dopo supernova, dall’inizio dei tempi, sono diventati parte essenziale dell’evoluzione chimica del cosmo.
Il sorgere delle stelle
La gravità ha agito sulle nubi di gas che hanno formato le prime galassie e, localmente, hanno cominciato a formarsi stelle, alcune con una massa decine di volte maggiore del nostro Sole.
Dopo essersi formati, gli elementi chimici all’interno hanno iniziato a fondersi, generando reazioni termonucleari che sono la ragione della luce delle stelle. In questo modo emettono luce per decine o miliardi di anni, a seconda della loro massa.
L’energia pulita che generano produce elementi più pesanti dalla fusione di elementi più leggeri. Quando muoiono rilasciano nel loro ambiente galattico buona parte degli elementi chimici che hanno generato al loro interno. Ed è così che hanno contribuito e continuano a contribuire alla trasformazione chimica dell’universo.
I cinque elementi primordiali dell’universo
Ancora oggi le stelle sono fatte principalmente di idrogeno ed elio, elementi chimici che si sono formati nei primi istanti del nostro universo. Questi due elementi, insieme a tre più scarsi – litio, berillio e boro – costituiscono i cinque elementi chimici che sono sorti dalla cosiddetta nucleosintesi primordiale dopo il Big Bang.
Una stella come il Sole emette luce in maniera stabile per circa dieci miliardi di anni, la maggior parte dall’energia generata dalla fusione dell’idrogeno e di altri elementi leggeri.
Le stelle sono i magici alchimisti che trasformano gli elementi chimici finché, un bel giorno, quegli elementi che servono da combustibile si esauriscono.
Il calcio nelle nostre ossa e il ferro nei nostri globuli rossi
Le prime stelle dell’universo hanno sintetizzato il resto degli elementi chimici che troviamo nella tavola periodica, dal carbonio di esseri organici come noi e l’ossigeno che respiriamo o incorporiamo come acqua nei nostri corpi, al calcio nelle nostre ossa e il ferro nei nostri corpi, i nostri globuli rossi
Gli esseri umani sono materia stellare portata in vita dalla chimica organica. Fatta eccezione per l’idrogeno, il resto dei principali elementi che ci compongono sono stati sintetizzati all’interno di stelle che non esistono più. Sfortunatamente, non sempre siamo consapevoli di quell’intima connessione cosmica.
Supernove: la fine di una stella massiccia
Mentre le stelle di massa simile al nostro Sole possono sembrare vecchie di miliardi di anni, le stelle più massicce hanno una vita significativamente ridotta perché hanno bisogno di più combustibile nucleare per sostenere la loro enorme massa.
Del resto, all’interno delle stelle c’è un impulso ciclico tra gravità ed energia termonucleare che mantiene il gas in continua collisione. Quei cicli sono reazioni complesse che tendono ad essere esotermiche, cioè generano calore.
Le stelle più massicce del Sole sperimentano una fase alla fine della loro vita che chiamiamo supernova. A partire da circa otto masse solari e fino a una massa di diverse decine di volte quella della nostra stella, subiscono esplosioni di supernova di tipo II, come 2023ixf, una supernova recentemente rilevata nella galassia a spirale M101.
Nei loro ultimi giorni, queste stelle massicce avranno praticamente esaurito idrogeno ed elio, e finiranno in un gigantesco collasso dopo aver accumulato ferro al loro interno. Il ferro genera reazioni endotermiche, cioè assorbe calore invece di generarlo. In mancanza di energia interna, gli strati esterni della stella alla fine collassano sul nucleo nel giro di poche ore. Senza il calore necessario per sostenere la stella, il collasso è inevitabile.
Alla fine si raggiunge un climax in cui l’interno diventa incomprimibile e gli strati esterni rimbalzano su di esso producendo una colossale esplosione. In quei momenti si generano anche elementi chimici ad altissima pressione e temperatura, risultato della cosiddetta nucleosintesi esplosiva.
L’evoluzione della chimica dell’universo
A questo punto, all’interno della stella si sarà prodotta una pletora di elementi chimici della tavola periodica che, morendo in una colossale esplosione, si diffonderà nello spazio circostante per arricchire il mezzo interstellare. Pertanto, questi fenomeni giocano un ruolo chiave nell’evoluzione chimica dell’universo.
Le stelle con una massa inferiore a otto masse solari non diventano supernove, ma i loro strati esterni alla fine si espandono nella fase di gigante rossa. Il potente vento stellare disperde altri elementi sintetizzati al suo interno, come il carbonio e l’azoto, chiavi della vita organica.
Tutti questi vari fenomeni di morte stellare si sono verificati dal cosiddetto Big Bang e, a poco a poco, hanno arricchito la composizione delle nuove stelle formatesi in generazioni successive all’interno delle galassie.
Proprio negli ultimi respiri di quelle supernove, sono emersi gli elementi chimici chiave per formare finalmente… pianeti come la Terra!
Autore
Josep M. Trigo Rodríguez, Istituto di Scienze Spaziali (ICE – CSIC)
