Stelle massicce, supernove e ciò che lasciano

Quando il nucleo di una stella massiccia diventa ferro, il combustibile si esaurisce in pochi giorni e il nucleo collassa.

Vivere in fretta

La NASA distingue i destini stellari attorno a otto masse solari. Una stella sopra questa soglia inizia come le altre, collassando da una nube e fondendo idrogeno nella sequenza principale, ma occupa l'angolo caldo e luminoso in alto a sinistra del diagramma HR. Consuma il combustibile a un ritmo vertiginoso e, come spiega la NASA, l'intero processo richiede solo pochi milioni di anni, contro circa 10 miliardi per il Sole. Betelgeuse, con circa 15 masse solari secondo la NASA, ha all'incirca 10 milioni di anni ed è già una supergigante rossa.

Strati come una cipolla

Quando il nucleo esaurisce l'idrogeno, una stella massiccia fonde l'elio in carbonio, come le stelle più piccole. Ma il nucleo ha abbastanza massa da continuare. Dopo l'elio fonde il carbonio in neon, poi il neon in ossigeno, l'ossigeno in silicio e infine il silicio in ferro. Ogni nuovo combustibile brucia nel nucleo mentre i precedenti continuano a bruciare in gusci attorno: l'interno finisce così a strati come una cipolla, con il ferro al centro. La NASA osserva che ogni nuovo combustibile offre sempre meno tempo. Quando il silicio si fonde in ferro, la stella esaurisce il combustibile nel giro di pochi giorni.

Il ferro è il capolinea. Fonderlo in elementi più pesanti richiede energia anziché liberarla, quindi il nucleo perde la spinta che lo sosteneva. Collassa in una frazione di secondo finché i nuclei sono così compressi da opporre resistenza e il nucleo rimbalza. Il rimbalzo genera un'onda d'urto che attraversa la stella: il risultato è una supernova, un'esplosione che può superare brevemente la luminosità di un'intera galassia. La NASA sottolinea che il materiale espulso arricchisce le nubi future: la generazione successiva di stelle e pianeti contiene quindi elementi prodotti in stelle precedenti.

Stelle di neutroni e buchi neri

Ciò che sopravvive dipende dalla massa. Secondo la NASA, una stella da circa 8 a 20 masse solari lascia una stella di neutroni: più della massa solare concentrata in una sfera larga circa quanto è lunga l'isola di Manhattan, all'incirca 20 km. La sua densità supera quella di qualsiasi materiale sulla Terra: distribuendo 1.4 masse solari in una sfera di raggio 10 km si ottengono circa 7 × 10¹⁷ kg per metro cubo. Molte stelle di neutroni ruotano rapidamente e spazzano lo spazio con fasci di radiazione come un faro; quando un fascio attraversa la Terra vediamo una pulsar. Alcune, dette magnetar, hanno campi magnetici fino a mille volte più forti di quelli di una tipica stella di neutroni.

Per stelle con più di circa 20 masse solari, secondo la NASA il collasso produce un buco nero stellare, dove la gravità è così forte che neppure la luce sfugge dall'interno dell'orizzonte degli eventi. Per un buco nero di una massa solare quell'orizzonte avrebbe un raggio di appena 3 km circa. I buchi neri si individuano dagli effetti sulla materia vicina: il gas sottratto a una stella compagna si scalda in un disco vorticoso ed emette raggi X. La NASA prevede che Betelgeuse finirà come stella di neutroni o buco nero, a seconda della massa rimasta dopo la supernova, probabilmente tra circa 100 000 anni.