Cosa sono le nane bianche? | Elementi essenziali di astronomia

Le nane bianche sono i resti caldi e densi di stelle morte da tempo. Sono i nuclei stellari rimasti dopo che una stella ha esaurito la sua riserva di carburante e ha soffiato nello spazio la sua massa di gas e polvere. Questi oggetti esotici segnano la fase finale dellevoluzione per la maggior parte delle stelle nelluniverso, compreso il nostro sole, e illuminano la strada per una più profonda comprensione della storia cosmica.

Una singola nana bianca contiene allincirca la massa del nostro sole in un volume non più grande del nostro pianeta. Le loro piccole dimensioni rendono le nane bianche difficili da trovare. Nessuna nana bianca può essere vista ad occhio nudo.

La luce che generano proviene dal lento e costante rilascio di prodigiose quantità di energia accumulata dopo miliardi di anni trascorsi come centrale nucleare di una stella.

Le nane bianche nascono quando una stella si spegne. Una stella trascorre la maggior parte della sua vita in un precario equilibrio tra gravità e pressione esterna del gas. Il peso di un paio di ottilioni di tonnellate di gas che premono sul nucleo stellare spinge densità e temperature abbastanza alte da innescare la fusione nucleare: la fusione dei nuclei di idrogeno per formare lelio. Il rilascio costante di energia termonucleare impedisce alla stella di collassare su se stessa.

Quando la stella esaurisce lidrogeno al centro, la stella si sposta per fondere lelio in carbonio e ossigeno. La fusione dellidrogeno si sposta in un guscio che circonda il nucleo. La stella si gonfia e diventa una gigante rossa. Per la maggior parte delle stelle, incluso il nostro sole, questo è linizio della fine. Man mano che la stella si espande e i venti stellari soffiano a una velocità sempre più feroce, gli strati esterni della stella sfuggono allinesorabile attrazione della gravità.

Quando la stella gigante rossa evapora, lascia dietro di sé il suo nucleo. Il nucleo esposto è una nana bianca appena nata.

La nana bianca è costituita da uno stufato esotico di nuclei di elio, carbonio e ossigeno che nuotano in un mare di elettroni altamente energetici. La pressione combinata degli elettroni regge la nana bianca, impedendo un ulteriore collasso verso unentità ancora più strana come una stella di neutroni o un buco nero.

La nana bianca neonata è incredibilmente calda e bagna lo spazio circostante in un bagliore di luce ultravioletta e raggi X. Parte di questa radiazione viene intercettata dai deflussi di gas che hanno lasciato i confini della stella ormai morta. Il gas risponde fluorescente con un arcobaleno di colori chiamato nebulosa planetaria. Queste nebulose, come la Nebulosa Anello nella costellazione della Lira, lArpa, ci danno una sbirciatina nel futuro del nostro sole.

La nana bianca ha ora davanti a sé un futuro lungo e tranquillo. Quando il calore intrappolato fuoriesce, si raffredda e si attenua lentamente. Alla fine diventerà una massa inerte di carbonio e ossigeno che fluttua invisibilmente nello spazio: una nana nera. Ma luniverso non è abbastanza vecchio perché si siano formate nane nere. Le prime nane bianche nate nelle prime generazioni di stelle si stanno ancora raffreddando, 14 miliardi di anni dopo. Le nane bianche più belle che conosciamo, con una temperatura intorno ai 4.000 gradi Celsius (7.000 gradi Fahrenheit), potrebbero anche essere alcune delle reliquie più antiche del cosmo.

Ma non tutte le nane bianche se ne vanno tranquillamente nella notte. Le nane bianche che orbitano attorno ad altre stelle portano a fenomeni altamente esplosivi. La nana bianca inizia le cose travasando il gas dal suo compagno. Lidrogeno viene trasferito attraverso un ponte gassoso e versato sulla superficie della nana bianca. Man mano che lidrogeno si accumula, la sua temperatura e densità raggiungono un punto di infiammabilità in cui lintero guscio del carburante appena acquisito si fonde violentemente rilasciando unenorme quantità di energia. Questo lampo, chiamato nova, fa brillare brevemente la nana bianca con la brillantezza di 50.000 soli e poi svanisce lentamente nelloscurità.

Se il gas si raccoglie abbastanza velocemente, tuttavia, può spingere lintera nana bianca oltre un punto critico. Piuttosto che un sottile guscio di fusione, lintera stella può improvvisamente tornare in vita. Non regolamentato, il rilascio violento di energia fa esplodere la nana bianca.Lintero nucleo stellare viene cancellato in uno degli eventi più energici delluniverso: una supernova di tipo 1a. In un secondo, la nana bianca rilascia tanta energia quanta ne rilascia il sole nei suoi 10 miliardi di anni di vita. Per settimane o mesi, può persino eclissare unintera galassia.

Tale brillantezza rende le supernove di tipo 1a visibili da tutto luniverso. Gli astronomi le usano come “candele standard” per misurare le distanze fino ai confini più remoti del cosmo. Le osservazioni della detonazione di nane bianche in galassie lontane hanno portato a una scoperta che ha fruttato il premio Nobel 2011 per la fisica: lespansione delluniverso sta accelerando. Stelle morte hanno dato vita alle nostre supposizioni fondamentali sulla natura del tempo e dello spazio.

Le nane bianche, i nuclei lasciati dopo che una stella ha esaurito il suo rifornimento di carburante, sono sparse in ogni galassia. Come un cimitero stellare, sono le pietre tombali di quasi tutte le stelle che sono vissute e sono morte. Una volta che i siti delle fornaci stellari sono stati forgiati nuovi atomi, queste antiche stelle sono state riproposte come uno strumento astronomico che ha sconvolto la nostra comprensione dellevoluzione delluniverso.

Conclusione: le nane bianche sono i resti di stelle morte. Sono i densi nuclei stellari lasciati dopo che una stella ha esaurito la sua riserva di carburante e ha soffiato i suoi gas nello spazio.