LE STELLE, COME CI APPAIONO IN CIELO

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In una qualunque notte limpida, il cielo si vede trapunto di stelle. Questi puntini luminosi, agli occhi del profano ( e cioè di me, di voi-in generale- , e di tantissima gente nel mondo definita uomo della strada dagli esperti), ci sembrano tutti eguali o quasi, a parte delle differenze nella loro brillantezza e grandezza apparenti. Fra questi innumerevoli puntini luminosi ci sono anche le luci dei pochi oggetti non stellari, fra i quali alcuni pianeti del nostro Sistema Solare che si confondono con le stelle se non sappiamo bene dove guardare. Infatti, ci sembrano stelle Giove, Venere, Saturno e Marte. Ma le stelle, lo sappiamo, non sono tutte uguali. Esse si differenziano infatti grandemente per dimensioni- qui si intendono quelle reali-, tipo di radiazione emessa, composizione interna, durata del ciclo di vita eccetera. In una sola frase, ci sono diverse tipologie di stelle. Sappiamo anche che le stelle hanno pure loro un ciclo vitale. Le stelle infatti nascono, evolvono, muoiono (termine chiaramente “di convenienza”, dato che non parliamo di esseri biologici ma comunque appropriato, in quanto pure le stelle  terminano in qualche modo la loro esistenza-e dalle loro “ceneri” ne nascono altre-).

LA CULLA DELLE STELLE. ECCO DOVE ESSE  SI FORMANO

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La nota nebulosa “Testa di cavallo”, nella Costellazione di Orione.

LA NASCITA DI UNA STELLA

All’inizio della storia di una stella, abbiamo nello spazio una regione occupata da gas e polveri più dense del diffuso mezzo interstellare, molto più rarefatto. Questi nugoli di materiale più denso, soprattutto idrogeno ed elio, vengono definite dagli astronomi “nubi molecolari” perché li’ si ha la formazione di idrogeno molecolare , partendo da singoli atomi di idrogeno – che e’ l’elemento più abbondante in natura, e questa cosa e’ fondamentale, nella economia del nostro discorsetto- . Morale, queste nubi molecolari sono fucina di nuove stelle.
Succede- spiegato a grandi linee- che all’interno di queste nebulose più dense, si formano dei grumi di materia ancora più concentrata, materia che ad un certo punto della storia tende ad essere “confinata” in una regione sempre più ristretta per effetto di una maggiore attrazione gravitazionale , in quella piccola regione. Questi “grumi” di materia, che sono poi le future stelle, si formano dentro queste nubi molecolari per effetto di onde d’urto generate da fenomeni esplosivi di una certa violenza che sono le esplosioni dette “di supernova” (una supernova e’ una stella massiccia che già c’era’, in cielo; ma che per una sua esplosione violenta si manifesta improvvisamente agli occhi degli osservatori). Queste onde d’urto si generano anche per effetto di antiche collisioni fra galassie, e comunque, pervadono la nube molecolare che in certi punti si condensa in grossolani globi che, per effetto della gravità intrinseca, si compattano ulteriormente fino a raggiungere valori critici di densità e di temperature. E ci sono poi i cosiddetti “venti stellari” (continui flussi di particelle, soprattutto idrogeno), che pure danno un “aiutino” per il formarsi di altre stelle.
Le energie e le forze in gioco all’interno di uno di questi globi di gas diventano notevoli, e crescono ancora sotto l’effetto di questa “morsa” rappresentata dalla forza di gravità. Ma la pressione interna non e’ ancora sufficiente a contrastare questo collasso gravitazionale, e si ha nel sistema una instabilità detta “di Jeans”, e l’oggetto collassa, e collassa ancora. Il globo così formatosi e’ estremamente ricco di materia (sempre il famoso idrogeno), e l’energia gravitazionale genera all’interno sempre maggiore energia termica. Attorno a questo globo abbiamo anche un disco di materia che accresce l’oggetto centrale il quale in parte “se ne nutre” per attrazione gravitazionale. Più materia inglobata nell’oggetto massiccio significa ovviamente più massa, e quindi maggiore gravità e, per contrasto, più densità e calore all’interno. L’oggetto così costituito e’ la protostella. Dal disco di accrescimento, poi, si formeranno in seguito anche i vari pianeti di un sistema stellare. Ma quando è che una stella e’. ..una stella? Adesso ci si arriva.

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Una protostella con il suo disco di accrescimento -dove in seguito si formano i pianeti

La protostella diventa “ufficialmente” una stella quando, dopo qualche centinaio di migliaia di anni di “gestazione” per una protostella massiccia e dopo  una decina di milioni di anni per una futura stella delle dimensioni del nostro Sole, dall’idrogeno presente all’interno del suo nucleo si cominciano a formare, per pressione e temperature (ora sufficienti ad innescare reazioni nucleari di fusione), atomi di un elemento appena più pesante e complesso nella scala degli elementi: l’elio. E’ la fusione nucleare di atomi di idrogeno in atomi di elio! Questa immane energia generata dalle reazioni di fusione riesce ora a contrastare a sufficienza la gravità,  Ecco, e’ nata una nuova stella. Chiaramente il discorso e’ molto più complesso, ma dà comunque una idea di come si formi una stella, e di che cosa siano fatte in realtà le stelle. E la nostra “placenta cosmica”, che fine farà? La nube molecolare, dopo la formazione di diverse stelle, sarà “distrutta” dopo pochi milioni di anni; la luce e le radiazioni emesse dagli astri formatisi disperderà i gas residui, che in parte  verranno poi di nuovo “pressati” dalle prossime onde d’urto di stelle esplose, venti stellari e scontri fra galassie. Questa meravigliosa nascita di stelle e’ stata osservata bene grazie alle ultime generazioni di telescopi, in particolare Hubble che dallo spazio intorno alla Terra dove si trova ci ha mandato immagini bellissime. Per non dire del contributo dato dalla radioastronomia.

Ci sono, attenzione, protostelle che non diventano mai delle vere e proprie stelle. Questo perché la loro massa non e’ sufficiente ad “innescare” la reazione nucleare nel nucleo- mi ripeto, ma con un diverso significato del termine..- interno; e’ una questione di massa, ed e’ sempre la signora gravità a comandare. Allora, gli astrofisici hanno stabilito che: un grumo protostellare di una massa inferiore a 0,0 8 volte quella del Sole non diventa stella vera e propria ma diventa una cosiddetta “nana bruna”. E siamo già nel tema dei tipi di stelle in funzione della massa iniziale che in gran parte si conserva tale. La nana bruna e’ una “substella” (lasciatemi passare il termine), molto più fredda. E’ simile, per struttura, a Giove, ma di alcune volte piu grosso ed avente una massa non inferiore a 13 volte quella di Giove. Se poi la massa dell’oggetto protostellare e’ invece uguale o di poco superiore al valore di 0,8 masse solari, si genera una stella detta di “pre-sequenza principale”- e “restano tali” fino a quando non si “accendono”, entrando così nel novero delle stelle della sequenza principale- vedremo poi cosa e’ questa cosa bellina-, della quale come vedremo anche il Sole fa parte .

Un discorso a parte merita la questione della formazione di stelle massicce, dove si innescano già le reazioni nucleari quando ancora la stella e’ nella fase di accrescimento come abbiamo visto da un disco, attorno alla nuova stella. Si formano dei dischi di accrescimento che sono talvolta  associati a dei potenti  “getti polari” di materia, cosiddetti. Le stelle massicce si dividono in due principali classi, dette classe 0, che raggruppa quelle stelle superiori per massa a 15 volte il Sole; le stelle di classe B sono invece  stelle di massa maggiore o uguale alle 9 masse solari.
La vita “quotidiana” e normale di una stella e’ quel 90 per cento della sua esistenza passata tranquillamente in uno stato di relativa stabilità. E’ dall’inizio di questa fase  che le stelle di massa abbastanza considerevole  rientrano nella “sequenza principale” nella quale le stelle trasformano, nel nucleo, parte dall’idrogeno in elio ed in elementi ancora più pesanti se la massa e’ abbastanza grande da innescare ulteriori  processi di sintesi nucleare, come vedremo. 

Ma vediamo adesso che cosa è questa sequenza principale, alla quale si fa riferimento. Intorno al 1910 un certo Hertzprung e, indipendentemente da questi un certo Russel  misero a punto un diagramma, detto perciò “diagramma di Hertzprung-Russel” o semplicemente “diagramma H.R.”

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Il diagramma H.R.  e’ un espediente teorico per incasellare le stelle in certe categorie sulla base della loro temperatura effettiva e luminosità. Se lo osserviamo, vediamo che in ascissa e’ indicata la temperatura effettiva, in ordinate la luminosità assoluta con valore di riferimento del Sole= 1 e la magnitudine apparente ed assoluta rispettivamente indicati negli assi verticali a sinistra e a destra del diagramma). Queste due caratteristiche, la temperatura e la luminosità, sono intimamente legate alla struttura intrinseca dell’astro ed ecco che, non essendo queste caratteristiche misurabili direttamente, ci si basa su dei modelli per stabilire massa, densità di materia, età, composizione chimica eccetera.
Essendoci una relazione forte fra la temperatura delle stelle ed il cosiddetto “indice di colore”, e fra la loro luminosità e le magnitudini apparenti ed assolute (la magnitudine assoluta e’ una convenzione: e’ la magnitudine apparente che avrebbe un astro ad una certa distanza standard, stella o pianeta, di riferimento che è di 10 cosiddetti “parsec”-“parallasse per secondo d’arco”-, che sono poco più di 3,2 anni luce- per una stella-, mentre è di una unità astronomica (la distanza Terra-Sole)-presa a riferimento invece  per un oggetto del sistema solare-. Ecco che queste quantità risultano misurabili e valutabili dagli osservatori. Chiaramente per noi sono calcoli complicati. Ci basti solo sapere che gli astronomi mettono  in relazione il diagramma di Hertzprung-Russel con un altro diagramma detto “diagramma colore- magnitudine”, e fanno le loro debite valutazioni sulle caratteristiche di una stella (età composizione chimica, caratteristiche interne  e gravità superficiale, atmosfera dell’astro). Ma non solo, si ricostruisce la storia evolutiva delle stelle, la loro “aspettativa di vita” (magari adesso restano attive piu’ a lungo, la legge Fornero e’ universale… :lol:, scherzi a parte continuiamo con l’escursus J ), il destino ultimo di astri e agglomerati di astri (si possono così studiare gli ammassi globulari, gli ammassi aperti e coso).

Le stelle delle varie categorie e tipi sono posizionate in zone ben distinte del diagramma, ed ecco che e’ il diagramma consta di una “striscia” che subito salta agli occhi, e che si sviluppa in diagonale da destra in basso a sinistra in alto del diagramma: e’ la benedetta “sequenza principale” (ce semo arivati!). Li’ e’ segnato il percorso evolutivo predominante delle stelle, con le stelle nelle loro varie categorie. In basso a sinistra troviamo le stelle piu’ piccole e meno calde, a partire dalle nane rosse, “subnane”, “arancioni” , “stelle nane” – ma non le confondiamo  con quelle “nane” che ho nominato or ora, che sono altra cosa..-, ossia quelle che hanno una massa tipo il Sole, poco meno o poco piu’, e poi via via a salire lungo la striscia verso destra della sequenza principale del diagramma, stelle “gialle” (il Sole e’ una “nana gialla”!), “biancogialle”, “bianche”, “biancoazzurre”, “azzurre”, e poi le stelle giganti suddivise in categorie che fanno impazzire, come ad esempio “nane blu”- pur se sono enormi, sono chiamate cosi’ perche’ comunque piu’ piccole delle “stelle  blu” e si pensa che siano una evoluzione delle nane rosse (ma in questo senso le nane blu sono solo un modello teorico, nessuno le ha ancora viste). Ci sono poi le stelle dette“giganti blu” e le “supergiganti blu”. Al top della striscia di sequenza principale si trovano quelle enormi stelle dette di Wolf-Reyeft, che possono arrivare anche a 90 masse solari e che forse sono l’evoluzione di stelle “nane blu” (ipotetica pure lei, perché sarebbe un futuro stadio evolutivo della “nana rossa”, non osservato).

Fuori dalla sequenza principale, sulla  destra del diagramma in basso, vi è una linea curva dove sono “collocate” le stelle della categoria delle “nane bianche”. Vi anticipo finire li’ sara’ anche  il destino futuro del Sole, alla sua “morte”. Passera’ del tempo, la nostra stella avra’ ancora un guizzo di vita, e poi sara’ una-sentite sentite… “nana nera”. In basso a destra del diagramma e poco sopra l’inizio della sequenza principale, sono indicati gli oggetti cosiddetti “oggetti stellari giovani”, le stelle che si stanno formando di cui vi ho scritto sopra, e le stelle “pre-sequenza principale”. Sono divisi in “oggetti massivi”, “oggetti di massa media” e poi ci sono le “nane brune”. In alto sulla destra della “sequenza principale”, si sviluppa un’area definita anche “ramo orizzontale” del diagramma che e’ quella delle “giganti rosse” e “ipergiganti  rosse”, tipo le  famose Antares e Betelgeuse.
Una classificazione poi un po’ piu’ grossolana e’ fra le altre quella di “popolazione I” e “popolazione II. Le stelle di popolazione I sono quelle stelle che stanno nel bulbo, o “bulge”, delle galassie, negli ammassi aperti (le Pleiadi sono un—), e nel disco galattico. Le stelle di “popolazione II” sono invece piu’ vecchie, e come tali preferiscono starsene lontane dalla calca, in periferia delle galassie o negli ammassi globulari (che sono delle formazioni di stelle che stanno nell’alone della galassia, composte principalmente da stelle vecchie e mediamente  “povere di metalli”).

“Nane brune”, “nane rosse”,”nane blu”,”stelle nane”,”giganti” e “supergiganti” rosse, gialle  e blu”, ma che e’ tutta questa cosa? Non e’ facile districarsi in mezzo a questa che sembra una bizzarra gara di statura e di robustezza e peso fra stelle. Non ci riesco nemmeno io molto bene. Ma e’ da queste varietà di caratteristiche e di tipologie delle  stelle che dipende il destino a cui queste vanno incontro, dopo il loro ciclo vitale trascorso a bruciare – non proprio- gli elementi, fondendoli in altri piu’ complessi, fino a vari tipi di collasso finale, o “morte”, a cui le stelle inesorabilmente si avviano. C’e molto ancora da dire, sulla vita delle stelle, dal Sole ad Antares,da Betelgeuse a Rigel e ancora alle piccole nane rosse.( su questa tipologia di stelle poi si e’ scoperta una cosa bella: le nane rosse hanno pianeti simili alla Terra intorno, e sono le più diffuse nell’universo!). Ma citiamo alcune cose essenziali, e di base (anche perche’ io stesso non saprei fare molto di piu’).  Ma non adesso, che’ il post mi sta venendo lunghetto, quindi…

FINE PRIMA PARTE

p.s., questo post era li’, poverino, che per una settimana andava e tornava con me dall’ufficio, a bordo della pennina. Scrivevo due righe ogni tanto li’, altri cinque o dieci minuti ci lavoravo qui a casa poco prima di cena (scrivendo anche dei commenti..), e così ora sono riuscito a pubblicarlo-mentre mi preparo il pranzo-. Sto preparando la seconda parte, nella stessa maniera-forza e coraggio…-.

 CIAO
Marghian