Le stelle, come il nostro Sole, sono oggetti composti quasi interamente da idrogeno. Gli atomi di idrogeno, soggetti alle enormi pressioni e conseguenti temperature all’interno delle stelle, si fondono insieme a formare atomi di elio, per mezzo di una reazione nucleare controllata (questa è quel tipo di reazione che ancora non siamo riusciti a riprodurre sulla Terra e che permetterebbe di eliminare quasi del tutto le scorie nucleari).
Ma cosa accade quando l’idrogeno all’interno delle stelle si esaurisce?
Fino a quando le reazioni nucleari hanno a disposizione idrogeno da bruciare, la pressione di radiazione, da esse generata, contrasterà la forza di gravità, impedendone il collasso verso il centro. Nel momento in cui, tuttavia, i processi di fusione nucleare hanno trasformato tutto l’idrogeno in elio, la momentanea cessazione delle reazioni nucleari indurrà il nucleo a contrarsi, sotto l’effetto della gravità. Il conseguente aumento di pressione innalzerà la temperatura delle regioni centrali fino a valori sufficienti a innescare la fusione dell’elio e ristabilire, così, un nuovo equilibrio.
Tale meccanismo si ripeterà producendo, in tempi sempre più brevi, elementi di volta in volta più pesanti e complessi, come il carbonio, l’ossigeno, il silicio. Ma non si protrarrà all’infinito: nel momento in cui il nucleo atomico del ferro sarà sintetizzato, con i suoi 56 protoni e neutroni, inizierà l’ultima, drammatica, fase.
Da questo punto in poi, infatti, la formazione di nuovi atomi, più pesanti del ferro, non sarebbe più in grado di rilasciare ulteriore energia di fusione (processo esotermico), ma al contrario ne assorbirebbe una quantità sempre più considerevole (processo endotermico).
Soggetto alla pressione degli strati sovrastanti e non potendo più contrastare la sua stessa forza di gravità, il nucleo della stella collasserà irreversibilmente in meno di un secondo. Le enormi pressioni, generate dalla contrazione gravitazionale, innalzeranno ulteriormente la temperatura delle regioni centrali, fino a raggiungere diversi miliardi di gradi. L’emissione di energia è ora talmente intensa da disintegrare gli atomi presenti. Gli elettroni e i protoni prodotti saranno, in breve, tanto vicini da fondersi e formare nuovi neutroni. A questo punto, la materia è così compressa da arrestare il collasso.
A seguito di quest’ultima fase, anche gli strati più esterni della stella, all’interno dei quali si stanno ora svolgendo reazioni di fusione nucleare, precipitano letteralmente verso il nucleo. I gas costituenti, comprimendosi, aumentano vertiginosamente la loro temperatura, e un incremento repentino della velocità delle reazioni porterà all’instabilità dell’intero sistema. Sia l’energia prodotta, che non riesce a essere emessa verso l’esterno, sia l’intensa emissione di onde gravitazionali saranno causa dell’esplosione catastrofica dell’inviluppo della stella.
L’espulsione degli strati esterni sarà accompagnata dall’emissione di radiazione, in tutte le bande dello spettro elettromagnetico (raggi gamma, X, ultravioletto, visibile, infrarosso, radio), e di neutrini molto energetici, prodotti durante il collasso, rilevabili dai nostri strumenti.
In questi drammatici momenti la luminosità assoluta della supernova diviene paragonabile a quella di un’intera galassia ed essa sarà distintamente visibile fino a enormi distanze. I gas espulsi formeranno una nube in rapida espansione che, alla velocità di decine di migliaia di chilometri al secondo, disperderà nello spazio tutti gli elementi fino a quel momento prodotti.
Ciò che resta è un oggetto di pochi chilometri di diametro, composto di soli neutroni, che emette impulsi radio con incredibile regolarità. Questi oggetti, denominati pulsar, non sono, però, l’unico possibile prodotto dell’esplosione di una supernova. Nel caso in cui la massa del nucleo supera di 3 volte la massa solare, non vi è più alcun limite al collasso gravitazionale. L’immane densità del nucleo, associata alle piccolissime dimensioni raggiunte, è causa di un campo gravitazionale di tale intensità da impedire anche alla luce la fuga verso il mondo esterno: è nato un buco nero!
