Le supernove sono esplosioni di enorme potenza che si generano in coincidenza con la morte delle stelle. Nelle profondità del loro nucleo, le stelle fondono l’idrogeno trasformandolo in elio e liberando energia che riscalda la stella fino a renderla incandescente. La gravità impedisce che essa si disintegri come una «bomba all’idrogeno» termonucleare. Le stelle dotate di una massa sufficientemente elevata possono successivamente fondere l’elio, producendo elementi più pesanti, come l’ossigeno, e proseguire poi la fusione di questi elementi fino a formare il ferro. Qui il processo giunge al termine, perché la fusione del ferro – o di elementi ancora più pesanti – non libera energia, ma ne richiede.
Con il passare del tempo, le stelle esauriscono il materiale che può alimentare le reazioni di fusione. A quel punto diventano instabili (per inciso, il nostro Sole dovrebbe rimanere stabile ancora per miliardi di anni). Quando una stella molto più massiccia del Sole esaurisce il proprio combustibile, collassa rapidamente sotto l’azione della sua stessa gravità: la parte interna viene compressa fino a trasformarsi in una stella di neutroni – un corpo di poche decine di chilometri, costituito da materia compressa in neutroni e così denso che un millilitro pesa quanto tutta l’acqua contenuta in un grande lago –, oppure persino in un buco nero. Questo processo genera un’onda d’urto che attraversa la materia stellare circostante, scagliandola nello spazio e liberando un’enorme quantità di energia. Per un breve periodo, la stella che esplode emette l’energia di un’intera galassia.
Una supernova superluminosa (superluminous supernova, SLSN) è una supernova eccezionalmente brillante, che emette una quantità di luce più di dieci volte superiore a quella di una più comune supernova da collasso del nucleo. Nel maggio scorso la rivista Astronomy & Astrophysics ha pubblicato l’articolo «Gamma-ray Signature of Superluminous Supernovae: Fermi-LAT GeV Detection of SN 2017egm and Evidence of a Central Engine» [«La firma nei raggi gamma delle supernove superluminose: rilevazione alle energie GeV di SN 2017egm mediante Fermi-LAT e indizi della presenza di un motore centrale»]. Gli autori di riferimento dell’articolo erano Fabio Acero, del Centre national de la recherche scientifique (NCRS) francese e dell’Université Paris-Saclay, e Guillem Martí-Devesa, dell’Università di Trieste, dell’Istituto nazionale di fisica nucleare italiano e dell’Institut de Ciències de l’Espai di Barcellona. L’articolo contava inoltre più di cento coautori, tra i quali Maria Elena Monzani della Stanford University, studiosa aggiunta presso la Specola Vaticana.
Il gruppo ha analizzato i dati raccolti dal telescopio spaziale Fermi della NASA per l’osservazione dei raggi gamma (una forma di radiazione simile ai raggi X, ma dotata di un’energia maggiore). A proposito delle supernove superluminose, gli autori scrivono che «i meccanismi che ne alimentano l’eccezionale luminosità restano oggetto di discussione». Una delle possibili spiegazioni di «ciò che rende le SLSN così diverse dalle normali supernove da collasso nucleare» è tuttavia una «nebulosa alimentata dal vento di una magnetar».
In altri termini, la stella che collassa dà origine a un particolare tipo di stella di neutroni, chiamata magnetar, dotata di quelle che gli autori definiscono «proprietà estreme»: per esempio, un campo magnetico eccezionalmente intenso e una velocità di rotazione di centinaia di giri al secondo. La magnetar «converte la propria energia di rotazione in un vento di elettroni e positroni», che interagisce con la nube di materia stellare espulsa nello spazio e la induce a risplendere intensamente. In un primo momento, tutta la radiazione ad alta energia prodotta dalla magnetar viene assorbita dalla nube; tuttavia, man mano che questa si espande e diventa meno densa, una parte della radiazione riesce a sfuggire sotto forma di raggi gamma.
Il gruppo ha studiato i dati relativi a una supernova denominata «SN 2017egm», dalla quale era stata osservata un’emissione di raggi gamma. I ricercatori hanno constatato che questi si comportavano in modo compatibile con il modello della magnetar e, in particolare, con la previsione secondo cui sarebbero comparsi soltanto una sessantina di giorni dopo l’esplosione della stella. Le caratteristiche di SN 2017egm non risultavano invece compatibili con gli altri modelli proposti per spiegare la luminosità delle supernove superluminose. Sembra dunque che almeno alcune di esse siano alimentate da magnetar!
La materia di cui siamo costituiti – dal ferro presente nel sangue all’ossigeno che respiriamo – si è formata nelle stelle ed è stata scagliata nello spazio dalle supernove. La materia originaria dell’universo, prodotta dal Big Bang, era composta soltanto da idrogeno e da una piccola quantità di elio. Siamo dunque fatti in modo meraviglioso (Sal 139,14), attraverso vie che sovrastano le nostre quanto il cielo sovrasta la terra (Is 55,9).
