Che cosa è il limite di Chandrasekhar?

Il limite di Chandrasekhar dice se una stella diventerà un buco nero oppure una nana bianca. È un valore di massa, pari a circa una volta e mezzo la massa del Sole. Dopo la fine della vita...

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Una versione semplificata dell'evoluzione delle stelle. Se una stella prende la prima o la seconda strada dipende dal cosiddetto limite di Chandrasekhar.

Il limite di Chandrasekhar dice se una stella diventerà un buco nero oppure una nana bianca. È un valore di massa, pari a circa una volta e mezzo la massa del Sole.

 

Dopo la fine della vita stellare “normale”, in cui nel nucleo interno le reazioni nucleari convertono l’idrogeno in elio, una stella relativamente piccola si assesta infatti in una nana bianca, una stella superdensa e molto calda, grande circa quanto la Terra.

 

Se la stella è più grande, se cioè la sua massa supera il limite di Chandrasekhar (1,4 masse solari), dopo aver esaurito l’idrogeno essa non si stabilizzerà in una nana bianca, ma subirà un “collasso gravitazionale” che la trasformerà in un buco nero. Oppure in una stella di neutroni, ovvero una sfera di materia condensata del diametro di una decina di chilometri.

 

Nane, neutroni o buchi neri. In particolare se la massa della stella morente supera il limite di Chandrasekhar, la pressione di degenerazione degli elettroni non sarà sufficiente a contrastare la sua forza di gravità; i protoni si fonderanno con gli elettroni, liberando neutrini, e si originerà una stella di neutroni.

 

Poiché i neutroni hanno una massa circa 1800 volte maggiore di quella degli elettroni, acquistano energia più lentamente e riescono a resistere alla forza gravitazionale fino al limite di circa 3 masse solari.

 

Oltre questo secondo limite la stella collassa in un buco nero detto stellare.

 

Il limite prende il nome dall’astrofisico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar, premio Nobel 1983 per la fisica di cui oggi 19 ottobre ricorrerebbe il suo 107 compleanno. Era infatti nato a Lahore in Pakistan (all'epoca India Britannica) il 10 ottobre 1910.

Doodle per Subrahmanyan Chandrasekhar
Il doodle per il compleanno di Subrahmanyan Chandrasekhar che è presente sulle pagine di Google di alcuni Paesi (tra cui non l'Italia). Clicca sull'immagine per far partire l'animazione che mostra in modo divertente come funziona il limite di Chandrasekhar. | Google

 

Chi era Subrahmanyan Chandrasekhar. Chandrasekhar era nipote del fisico Chandrasekhara Venkata Raman, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1930, e fin da bambino dimostrò di essere un genio: era appassionato di letteratura, matematica e fisica ed era in grado di leggere con facilità oltre 100 pagine in un'ora. Pubblicò il suo primo lavoro scientifico e formulò la sua teoria sull'evoluzione stellare prima di compiere 20 anni.

 

Le sue tesi, però, inizialmente non incontrarono il favore del mondo accademico. In una conferenza nel 1935, il giovane Chandrasekhar presentò la sua teoria che prevedeva che stelle abbastanza grandi potessero collassare per effetto della gravità fino a formare entità allora sconosciute (si riferiva principalmente alle stelle oggi note come nane bianche). E venne ridicolizzato dall’eminente scienziato Sir Arthur Eddington che affermò che “dovrebbe esserci una legge di natura per impedire alle stelle di comportarsi in un modo così assurdo”.

 

Subrahmanyan Chandrasekhar
Subrahmanyan Chandrasekhar quando era un giovane professore della Chicago University. | Chicago University

Si sbagliava di grosso, come ricerche successive avrebbe dimostrato. Tuttavia Chandra - come era chiamato da tutti - si sentì emarginato dal mondo scientifico che sposava la posizione di Eddington. Senza grandi prospettive, cominciò a contemplare la possibilità di un incarico al di fuori del Regno Unito, che arrivò nel 1937 con l'impiego presso l'Università di Chicago.

 

Nel corso del tempo, le argomentazioni e i calcoli di Chandrasekhar si rivelarono esatti, mentre l'intervento di Eddington parve dettato più da ragioni personali che dal rigore scientifico.

 

Nel 1953 Chandra diventò cittadino americano e dopo il Nobel del 1983 (è stato il primo astrofisico a ricevere il premio) la NASA gli ha dedicato il telescopio spaziale a raggi X  Chandra. Era il 1999, Chandrasekhar era morto da 4 anni, ma il più sofisticato cacciatore di buchi neri a nostra disposizione portava il suo nome.

19 Ottobre 2017