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