astrofisica

Supernova a instabilità di coppiaIpotesi meccanismo

attivato

Ipotesi classiche e destino evolutivo delle stelle

Massa simile a quella solare:contrazione, fase fusione idrogeno in eliogigante rossa, vento stellare, nebulosa planetaria (nana bianca) , nana nera

Massa 10-20 volte quella solare:contrazioni ed espansioni, fasi con fusione idrogeno,elio, carbonio, neon , ossigeno, silicio, ferro:esplosionedi supernova, stella a neutroni, buco nero

Massa 100, 200, 300.. Masse solari ?Contrazioni ed espansioni, fasi con fusione idrogeno,elio, carbonio, neon, ossigeno:instabilità di coppia antiparticelle:fusione rapidissimadi ossigeno con sintesi di nichel 56, radioattivo,ferro:esplosione di ipernova , nube in espansione, dispersioneelementi sintetizzati

Una stella con massa ridotta (solare) mediantecontrazione gravitazionale può aumentare la

temperatura (10.000.000 gradi K) nel nucleo ee la densità e così

innescare la parziale fusione di idrogeno in elio:l’energia liberata produce la espansione del

gas (gigante rossa) e la contrazione del nucleosenza più raggiungere temperature limite per

innescare altre fusioni( elio > carbonio)

In una stella con massa di circa 20-30 masse solari si possono verificare in successione varie fasi di contrazione

(con aumento di temperatura e densità a livello centrale)e conseguente fusione ( e sintesi) di elio, carbonio,neon,

ossigeno, silicio, ferro: alla temperatura limite per lafusione di ossigeno in ferro avviene la esplosione della

supernova (liberazione di elementi nello spazio, contrazionedella parte centrale in stella neutronica > buco nero)

In una stella con massa di circa 100-200 masse solari si possono verificare in successione varie fasi di contrazione

(con aumento di temperatura e densità a livello centrale)e conseguente fusione ( e sintesi) di elio, carbonio,neon,

ossigeno:al limite di temperatura per trasformare ossigenoin silicio, compaiono antiparticelle generate dalla

collisione di fotoni gamma, che permettono un aumentodi temperatura per collasso senza aumento di densità:avviene una esplosiva fusione di ossigeno in nichel 56e ferro:l’energia generata innesca la esplosione della

stella:genera nube in espansione senza residuo stellare

Ad elevate temperature , nuclei ed elettroni possono emettere fotoni tipo gamma

fotoni in collisione possono trasformare la loro energiain massa di elettrone e positrone

la pressione dovuta alle antiparticelle risulta molto inferiore a quella dei fotoni originanti

Il collasso gravitazionale contrastato dalla pressione di radiazione non viene più ostacolatodalla diminuita pressione delle antiparticelle epuò avvenire molto rapidamente (pochi minuti)aumentando la densità che favorisce la fusionedell’ossigeno (in modo rapido, esplosivo) liberandoenergia superiore a quella totale gravitazionale:esplosione con distruzione completa della stellae formazione di una nube in rapida espansionecontenente gli elementi sintetizzati

Supernova a instabilità di coppia

Si ipotizza che tale situazione di realizzi perla comparsa di un meccanismo che genera

particelle e antiparticelle per trasformazione di fotoni in collisione

In stelle con masse molto superiori a quelle solari(100-200.300..) è possibile che avvenga una contrazione

con aumento di temperatura senza che segua ancheun aumento di densità (che avrebbe come conseguenza

la fusione di ossigeno in silicio > ferro > esplosionedi supernova con residuo in stella neutronica > buco nero

Nuclei, elettroni , con elevata energiaemettono radiazione con fotoni gamma

Fotoni in collisione generano antiparticelle (elettroni,positroni)

Pressione fotonica contrasta collasso: Ossigeno > Silicio>ferro

Pressione antiparticelle:collasso e instabilità centrale

Buco nero Nube in espansione

Sole e stelle con massa simile

Evoluzione stella con massa simile a quella solare

La massa limitata permette una contrazionee aumento centrale di temperatura sufficientesolo per la fusione di idrogeno in elio

La stella diventerà una gigante rossa > perderà molta massa con vento solare>> nebulosa planetaria (con nana bianca) >> nana nera

Evoluzione stella con massa simile a quella solare

La massa limitata permette una contrazionee aumento centrale di temperatura sufficientesolo per la fusione di idrogeno in elio

La stella diventerà una gigante rossa >vento solare> nebulosa planetaria (con nana bianca) >> nana nera

Nebulosa gassosa

protostella

stella

Stella rossa

Gigante rossa

Nebulosa planetaria

Nana bianca

Nana nera

Nebulosa in fase di contrazione

Evoluzione stellare per masse simila quella solare

Inizio fusione nucleare

Proseguendo la contrazione anche latemperatura e la luminosità aumentano:quando al centro della stella si raggiunge

una temperatura di circa 10 milioni di gradiinizia la fusione che trasforma idrogeno

in elio liberando energia:la stella mantieneun raggio più o meno costante:entra nella

sequenza principale ove rimane per lamaggior parte della sua esistenza

La stella rossa diventa un gigante rossa:

questa , in funzione della massa residua,

si trasforma in una nebulosa planetaria,con nana bianca al centro, che può

continuare a perdere energia e diventare

una nana nera e scomparire

Se la massa residua della stella è poco maggiore di quella del sole, la stellarossa gigante perde molta della sua massa e diventa una nana bianca

circondata da un alone di materia (nebulosa planetaria):la nana bianca potrà trasformarsi in una nana nera

Evoluzione da gigante rossa a nana bianca - nera

Stelle con massa 10-20 volte quella solare

La gigante rossa può invece, se possiede

una grande massa, diventare unasupergigante rossa e poi trasformarsi in

una supernova che esplodendo puòtrasformarsi in una stella a neutroni o in

un buco nero

Se la massa della gigante rossa è molto grande, riprende un ciclo di espansione e contrazione : gigante rossa

riprende la sintesi si elementi chimici

La supergigante si trasforma in supernova:continua sintesi di elementi chimici:

questa esplode originandouna stella neutronica o un buco nero

idrogeno elio carbonio

neonossigenosilicio

ferro

Evoluzione di una stella con massa circa 20 masse solari

Vengono sintetizzati vari elementi da H a Fe: poiavviene una esplosione e residua una stella a neutroni..buco nero

supernova Stella a neutroni Buco nero

idrogeno

elio

carbonio

neon

ossigeno

silicio

ferro

Evoluzione di una stella con massa circa 20 masse solari

Vengono sintetizzati vari elementi da H a Fe: poiavviene una esplosione e residua una

stella a neutroni..buco nero

Nebulosa gassosa

protostella

stella

Stella rossa

Gigante rossa

Supergigante rossa

supernova

Stella neutronica

Buco nero

Nebulosa in fase di contrazione

Evoluzione stellare:per masse maggiori di 2-3 masse solari

Evoluzione di stelle con massa di circa 100-250 masse solari

La grande massa permette un diverso comportamentoquando si è raggiunta la fase di fusione di ossigeno:nonviene trasformato in silicio (e poi ferro+ esplosione):avvienela creazione di coppie di particelle e antiparticell

idrogeno elio carbonio

neonossigeno

Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari

La grande massa permette un diverso comportamentoquando si è raggiunta la fase di fusione di ossigeno:non

viene trasformato in silicio (e poi ferro+ esplosione):avvienela creazione di coppie di particelle e antiparticelle:vieneprodotto Ni-56 insieme ad altri elementi pesanti:segue

esplosione con nume in rapida espansione contenente elementi sintetizzati : non genera residuo di stella neutronica o buco nero

idrogeno elio carbonio

neonossigeno

Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari

ipernova

idrogeno

elio

carbonio

neon

ossigeno

Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari

Nucleosintesi

1-2 masse solari

10-20 masse solari

100-200 masse solari

nucleosintesi

Nelle stelle della sequenza principaleviene trasformato idrogeno in elio

Nelle stelle più massicce, con temperaturemolto più elevate, possono venire

sintetizzati anche elementi più pesanti chepoi verranno immessi nello spazio quando

la stella esplode

Nebulosa gassosa

protostella

stella

Stella rossa

Gigante rossa

Supergigante rossa

Nebulosa planetaria

Nana bianca

Nana nera

supernova

Stella neutronica

Buco nero

Nebulosa in fase di contrazione

Evoluzione stellare

La sintesi degli elementi chimici avviene fondamentalmente nelle stellequando la temperatura interna permette la fusione di nuclei più leggeri

in nuclei più pesanti (fino al ferro…):tale temperatura raggiunge valori

diversi in funzione della massa della stella in fase di collasso gravitazionale:

stelle con la massa simile a quella solare possono raggiungere al loro centro

temperature che permettono solo la trasformazione di idrogeno in elio:stelle più massicce possono attraverso fasi alterne di compressione edespansione raggiungere temperature che permettono la sintesi di nuclei

fino al ferro:oltre tale elemento la stella eventualmente esplode come

supernova immettendo nello spazio gli elementi sintetizzati(altri elementi più pesanti possono essere prodotti mediante processi di

neutronizzazione…)

Mentre la massa gassosa collassa, la temperatura verso l’interno aumentafino a raggiungere valori (10.000.000 °…) che permettono l’inizio della

fusione nucleare:l’energia irradiata permette di equilibrare la forza responsabile del collasso:la stella si mantiene costante come volume

Idrogeno >>> elio + energia

Terminata la fusione dell’idrogeno centrale, riprende il collasso della massa gassosa:

mentre la parte centrale collassa e si riscalda, la parte periferica si espande rapidamente per effetto della

radiazione proveniente dall’interno:la temperatura diminuisce e il colore passa verso il rosso:nasce unagigante rossa che poi disperderà lentamente energia e massa senza

più permettere ulteriori fusioni:si evolverà verso la fase di nana bianca, nana nera…

Sintesi di elementi in stelle più massicce del sole mediante fasi alterne di compressione ed espansione si possono ottenere

temperature sempre più elevate che permettono la sintesi di elementifino al ferro (oltre avviene il collasso ed esplosione della stella, con

immissione degli elementi sintetizzati nello spazio circostante)