domenica 28 novembre 2010

La vita di una stella

Partiamo, innanzitutto, dalla definizione di stella:

“Una stella è una massa di gas a temperatura più o meno elevata, sede di particolari reazioni termonucleari”

Quando il gas comincia ad essere troppo, la stella inizia ad attrarre sempre più particelle, contraendosi; ciò determina la trasformazione dell’energia gravitazionale in energia cinetica e il conseguente aumento della temperatura.
L’aumento della temperatura fa muovere freneticamente le particelle, fino a quando i nuclei si fondono e danno origine ad una reazione termonucleare (TRASMUTAZIONE).
Con questa reazione si cambia la natura stessa della materia:

 


4 protoni di idrogeno(H) ---> 1 nucleo di elio(He)




Dopo la trasformazione accade che la massa dell’idrogeno è inferiore rispetto a quella iniziale: si tratta del difetto di massa. Praticamente la massa, presente all’inizio della reazione, non è andata dispersa, ma è stata semplicemente convertita in energia.
Einstein spiega questa trasformazione attraverso la formula E = mc2 , sostenendo che:

“Piccole quantità di massa si trasformano in grandi quantità di energia


Adesso cerchiamo di capire meglio quali sono le tappe, le trasformazioni che compie una stella nell’arco della sua vita.
Per osservare l’evoluzione dei corpi celesti prendiamo come riferimento il diagramma H-R, invenzione di due astrologi ( E. Hertzsprung e N.H. Russel ), che ci permette di avere un’istantanea del nostro Universo.
Possiamo subito notare che la maggior parte delle stelle si trovano in una fascia che prende il nome di sequenza principale (si trovano i corpi celesti in cui prevale l’equilibrio dinamico, di cui parleremo dopo). Altre stelle si trovano in alto a destra, le giganti e le supergiganti, caratterizzate da una temperatura più bassa ma da una luminosità maggiore; cosa opposta per le nane bianche, situate in basso a sinistra, che si distinguono per le loro temperature elevate e luminosità inferiore.

La vita di una stella_
Le stelle nascono dai globuli di Bok, ossia degli addensamenti di gas e polveri che in alcuni momenti vengono a contrarsi, determinando un aumento della temperatura del corpo gassoso che si trasforma in una protostella.
“La protostella è una massa contratta di gas dove ancora non è avvenuta la reazione termonucleare”

A questo punto si aprono due strade per la nuova protostella:
se la sua massa iniziale è scarsa, la contrazione si arresta e il corpo comincia a raffreddarsi, trasformandosi in una nana bruna
se la sua massa iniziale è giusta,  può avere inizio la reazione nucleare

Adesso ci tocca capire che cosa significa equilibrio dinamico.
La reazione nucleare produce quantità di calore che fa aumentare la pressione dei gas verso l’esterno, fino a contrastare la forza di gravità. Questo determina uno stato di equilibrio che caratterizza le stelle, come ho detto primo, che si trovano nella sequenza principale.
Lo stato di una stella, in questa condizione di equilibrio, dipende ancora una volta dalla sua massa:
-          stelle nate con una grande massa diventano più calde, di colore blu e consumano più velocemente l’idrogeno;
-          stelle nata con una piccola massa rimangono meno calde, di colore rosso e avranno vita più lunga

Una volta che si è consumato quasi tutto l’idrogeno la stella, composta prevalentemente da elio che è più pesante dell’altro elemento chimico,  si contrae ma questa volta fino ad una temperatura ancora più elevata. Ecco che i nuclei di elio si fondono insieme per dare origine a  nuclei di carbonio.
L’impiego di una temperatura maggiore contribuisce anche ad una maggiore quantità di energia emessa dalla reazione, per cui la stella comincia ad estendersi, a raffreddarsi ed a cambiare il suo colore: la nostra stella è diventata  una gigante rossa.

Adesso, alla nostra stella, si aprono altri destini diversi, che dipendono sempre della sua massa iniziale:

massa iniziale come quella del Sole:  la stella tende a disfarsi dei suoi strati più esterni, che vengono successivamente trascinati via da particelle più piccole che formano il vento stellare. Dal momento in cui la stella si è privata del suo involucro più esterno, il corpo celeste diventa un nucleo rovente che si contrae e si riscalda, dando origine a successive fusioni nucleari. Dopo che si è esaurita la fusione la stella comincia a raffreddarsi, diventando una nana bianca.
Ci sono, inoltre, dei casi in cui le stelle provocano delle vere e proprie esplosioni: in questo caso danno origine a delle stelle novae, caratterizzate da un aumento improvviso della loro luminosità a causa dell’esplosione.

massa iniziale di almeno una decina di volte quella del Sole:  si trattano di stelle con nuclei ferrosi che tendono a collassare, ciò spinge il corpo celeste verso temperature elevatissime, fino a provocare una vera e propria esplosione. Gran parte della stella, definita supernova, si disperde nello spazio. Il materiale rimasto dopo l’esplosione provoca un grande aumento di pressione che fa fondere protoni ed elettroni. La fusione da origine ad una stella di neutroni

massa iniziale di qualche decina di volte quella del Sole: quest’ultime, dopo lo stadio di supernova, cominciano a contrarsi. La loro contrazione, però, è talmente forte che la stella non riesce a contenere l’energia sprigionata, dando origine ad un buco nero.
Cliccate qui per uno schema generale della nascita, vita e morte di una stella.

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