L’evoluzione delle stelle
Come nasce una stella
• Le stelle sono nate dalla contrazione di nubi di gas e polveri per l’attrazione gravitazionale esercitata tra i materiali
• Durante la contrazione la densità e la temperatura della nube aumenta
• Si formano protostelle
Protostella• Non è considerata una
vera e propria stella perché ha una temperatura (centinaia di gradi Kelvin) insufficiente per iniziare la fusione nucleare
• Poco luminosa• Emette onde infrarosse• La durata di questa fase è
inversamente proporzionale alla massa della protostella
Fusione nucleare
• Nelle stelle con temperatura compresa tra 1 e 7 milioni di kelvin si ha la reazione protone-protone:
• Nelle stelle con temperature del nucleo superiori a 15 milioni di kelvin avviene il ciclo carbonio-azoto-ossigeno (CNO):
• Nelle giganti rosse l’elio 4He si lega con gli elementi prodotti per formare materiali più pesanti come 12C, 16O, 20Ne, fino ad arrivare al Ferro, a questo punto la stella non produce più energia ma la consuma
Fase di stabilità• Dopo aver raggiunto una temperatura
interna di circa 1 milione di Kelvin, inizia la fusione nucleare dell’idrogeno
• La fusione produce molta energia che si trasferisce agli strati più esterni, facendoli espandere
• Quando la forza di espansione e di contrazione si eguagliano, la stella entra nella fase di stabilità
• Le stelle con una massa pari a 10 volte quella del sole sono più luminose e calde (15 milioni di Kelvin nel nucleo), ma vivono solamente pochi milioni di anni, utilizzano il ciclo di fusione del carbonio-azoto-ossigeno (CNO)
• Le stelle con massa simile o inferiore a quella solare hanno una temperatura tra 1 e 7 milioni di Kelvin, in esse prevale la reazione protone-protone e vivono miliardi di anni
Fasi finali della vita
• La stella entra nella fase finale quando finisce l’idrogeno nel nucleo, quindi termina anche la produzione di energia
• Per l’assenza di energia, la stella inizia a contrarsi per la forza gravitazionale, aumentando di temperatura
Stelle con una massa inferiore a 0,5 masse solari
• Aumenta la densità della stella
• La stella diventa una nana bianca per poi spegnersi lentamente e diventare una nana nera
• In queste stelle i nuclei e gli elettroni degli atomi si separano, diventando indipendenti
Stelle di massa superiore a 0,5 masse solari
• Il nucleo della stella raggiunge i 100 milioni di kelvin
• Nel nucleo si ha la fusione dell’elio che produce carbonio 34He = 12C
• Esternamente al nucleo si ha la fusione con il ciclo CNO, il volume della stella aumenta fino a diventare una gigante rossa
Stelle di massa inferiore a 1,44 masse solari
• La stella non raggiunge la temperatura necessaria per la fusione del carbonio
• Diventa una nebulosa planetaria
• Il sistema espelle gli strati più esterni costituiti da idrogeno, carbonio e azoto
• La massa rimanente al centro diventa prima una nana bianca, poi una nana nera
Stella di massa superiore a 1,44 masse solari
• Con la fusione produce materiali sempre più pesanti (zolfo, silicio, magnesio,ferro…) che raccoglie in gusci di diversa densità
• Con la produzione del ferro, la stella consuma energia
• La stella esplode e diventa una supernova
Supernova
• Luminosità aumenta sino a un miliardo di volte
• Parte del materiale stellare disperso genera una nebulosa residuale
• Parte genera un’onda d’urto che può favorire la formazione di nuove stelle
• Il nucleo della stella implode e si trasforma in una stella di neutroni o in un buco nero
Stella di massa inferiore a 3-4 masse solari
• Si trasforma in una stella di neutroni
• Una stella di neutroni è una stella dove tutti i protoni e gli elettroni si fondono per diventare neutroni
• E’ detta anche pulsar (pulsating star) perché emette onde radio e raggi X con variazione ritmiche
Stella di massa superiore a 4 masse solari
• Continua la contrazione gravitazionale fino a una densità tale da creare un buco nero
Buchi neri
• Sono dei corpi estremamente densi che creano un “foro” nel tessuto spazio-temporale
• All’interno di questo “foro” l’attrazione gravitazionale è talmente elevata che attira al suo interno sia corpi che radiazioni
• I buchi neri sono delimitati da zone dette orizzonte degli eventi, al suo interno la velocità di fuga è superiore a quella della luce
• Varie dimensioni e forme
• Alcuni astrofisici credono che i buchi neri siano dei collegamenti tra zone diverse dell’universo o tra universi paralleli
• Altri pensano che siano i luoghi da dove si generino nuovi universi