Chandrasekhar: il ragazzo che a 19 anni calcolò la morte delle stelle

Aveva soltanto diciannove anni e viaggiava in nave dall'India verso l'Inghilterra quando Subrahmanyan Chandrasekhar fece il calcolo che avrebbe cambiato l'astrofisica. Durante quel viaggio del 1930, il giovane scienziato indiano scoprì che esiste un limite massimo alla massa di una nana bianca, oltre il quale la stella non può sopravvivere e deve collassare. Quel numero, oggi noto come "limite di Chandrasekhar", è una delle costanti fondamentali per capire la morte delle stelle, le stelle di neutroni e i buchi neri. Ma la strada per il riconoscimento fu lunga e dolorosa.

Un calcolo a 19 anni, su una nave

Chandrasekhar nacque nel 1910 a Lahore, allora parte dell'India britannica, in una famiglia di grande talento: era nipote del fisico C.V. Raman, futuro premio Nobel. Brillantissimo, ottenne una borsa di studio per Cambridge. Fu proprio durante la lunga traversata in mare verso l'Inghilterra che si mise a riflettere su cosa accade a una stella quando esaurisce il combustibile nucleare. Le nane bianche sono ciò che resta di stelle come il nostro Sole: nuclei densissimi e ormai spenti, in cui la materia è compressa in modo estremo. La domanda era: cosa impedisce loro di collassare ulteriormente sotto il proprio peso? Una stella come il Sole brilla perché la pressione generata dalle reazioni nucleari al suo interno bilancia la gravità che tende a comprimerla; ma quando il combustibile finisce, quel sostegno viene meno, e qualcos'altro deve subentrare per evitare il collasso.

Il limite di Chandrasekhar

La risposta, secondo la fisica dell'epoca, era la "pressione di degenerazione degli elettroni", un effetto quantistico che impedisce agli elettroni di essere compressi oltre un certo punto. Chandrasekhar fece un passo in più: combinò questa meccanica quantistica con la teoria della relatività di Einstein, e scoprì che la resistenza degli elettroni ha un limite. Se la nana bianca supera una massa pari a circa 1,4 volte quella del Sole, la pressione non basta più a contrastare la gravità, e la stella è destinata a collassare. Quel valore è il limite di Chandrasekhar, una soglia oltre la quale il destino di una stella cambia radicalmente.

Per cogliere la portata dell'intuizione bisogna apprezzare quanto fosse insolita. Negli anni Trenta la meccanica quantistica era ancora una disciplina giovane, e applicarla insieme alla relatività alla materia di una stella richiedeva un coraggio teorico raro. Chandrasekhar capì che, comprimendo gli elettroni, questi sono costretti a muoversi a velocità prossime a quella della luce: a quel punto la loro capacità di "spingere" verso l'esterno smette di crescere abbastanza da contrastare la gravità di una massa molto grande. È un risultato controintuitivo, perché significa che oggetti più massicci, anziché essere più stabili, diventano più fragili.

Lo scontro con Eddington

Nel 1935 Chandrasekhar presentò i suoi risultati a una riunione della Royal Astronomical Society di Londra. Ad assistere c'era Arthur Eddington, l'astrofisico più autorevole e influente del tempo. Subito dopo l'esposizione, Eddington si alzò e demolì pubblicamente il lavoro del giovane collega, definendo assurda l'idea di un collasso stellare e arrivando a dichiarare che doveva esistere "una legge di natura" capace di impedire a una stella di comportarsi in modo tanto ridicolo. Per un ricercatore agli inizi, lo scetticismo sprezzante della massima autorità del settore fu un colpo durissimo. Chandrasekhar, amareggiato, finì per lasciare l'Inghilterra e trasferirsi negli Stati Uniti, all'Università di Chicago, dove avrebbe lavorato per il resto della vita.

La rivincita: stelle di neutroni e buchi neri

Il tempo diede ragione a Chandrasekhar. La fisica successiva confermò che le stelle più massicce, superato il limite, collassano davvero, dando origine alle stelle di neutroni e, nei casi più estremi, ai buchi neri. Il suo calcolo si rivelò una chiave indispensabile per comprendere l'evoluzione finale delle stelle. È inoltre alla base della spiegazione delle supernovae di tipo Ia, esplosioni che avvengono quando una nana bianca raggiunge proprio quella massa critica: eventi così regolari e luminosi da essere usati dagli astronomi come "candele standard" per misurare le distanze nell'universo. L'idea che Eddington aveva irriso era diventata uno strumento fondamentale della cosmologia moderna.

Il Nobel e un osservatorio che porta il suo nome

Nel 1983, quasi mezzo secolo dopo quella umiliante riunione londinese, Chandrasekhar ricevette il premio Nobel per la Fisica, condiviso con William Fowler, per i suoi studi teorici sulla struttura e l'evoluzione delle stelle. Continuò a lavorare instancabilmente fino alla morte, nel 1995, lasciando contributi in campi diversissimi della fisica e dirigendo per quasi vent'anni una delle più importanti riviste di astrofisica. Quattro anni dopo la sua scomparsa, la NASA lanciò in orbita un potente telescopio per i raggi X e lo battezzò Chandra X-ray Observatory, in suo onore. Oggi quello strumento osserva proprio gli oggetti più estremi del cosmo — stelle che esplodono, buchi neri, resti di supernova — gli stessi fenomeni che un ragazzo di diciannove anni aveva intuito guardando il mare dal ponte di una nave.

La sua vicenda è diventata anche un classico monito sulla scienza: nemmeno l'autorità più rispettata è infallibile, e un'idea giusta può restare a lungo nell'ombra se chi la propone non ha il peso accademico per imporla. Chandrasekhar, da parte sua, non si lasciò spezzare: cambiò ripetutamente campo di ricerca nel corso della carriera, affrontando con lo stesso rigore problemi di dinamica stellare, di fluidodinamica e di relatività generale. La pacatezza con cui attraversò quella controversia, senza mai rinnegare i propri calcoli, è oggi ricordata quanto la scoperta stessa.