STELLE: CARATTERISTICHE, COME SI FORMANO, CICLO DI VITA, STRUTTURA - SCIENZA - 2024

Una stella è un oggetto astronomico composto da gas, principalmente idrogeno ed elio, e mantenuto in equilibrio grazie alla forza di gravità, che tende a comprimerlo, e alla pressione del gas, che lo espande.

In questo processo, una stella produce enormi quantità di energia dal suo nucleo, in cui è presente un reattore a fusione che sintetizza l'elio e altri elementi dall'idrogeno.

Figura 1. Le Pleiadi, nella costellazione del Toro, visibili durante l'inverno settentrionale, costituiscono un ammasso di circa 3.000 stelle a 400 anni luce di distanza. Fonte: Wikimedia Commons.

In queste reazioni di fusione, la massa non è completamente conservata, ma una piccola parte viene convertita in energia. E poiché la massa di una stella è enorme, anche quando è una delle più piccole, lo è anche la quantità di energia che emette al secondo.

Caratteristiche delle stelle

Le caratteristiche principali di una stella sono:

- Massa : molto variabile, che va da una piccola frazione della massa del Sole a stelle supermassicce, con masse diverse volte la massa solare.

- Temperatura : è anche una quantità variabile. Nella fotosfera, che è la superficie luminosa della stella, la temperatura è compresa tra 50000-3000 K. Mentre al suo centro raggiunge milioni di Kelvin.

- Colore : strettamente correlato alla temperatura e alla massa. Più una stella è calda, più è blu il suo colore e viceversa, più è fredda, più tende al rosso.

- Luminosità : dipende dalla potenza irradiata dalla stella, che normalmente non è uniforme. Le stelle più calde e più grandi sono le più luminose.

- Magnitudo : è la luminosità apparente che hanno quando vengono visti dalla Terra.

- Movimento : le stelle hanno movimenti relativi rispetto al loro campo, così come movimento rotatorio.

- Età : le stelle possono avere la stessa età dell'universo - circa 13,8 miliardi di anni - e anche 1 miliardo di anni.

Come si formano le stelle?

Il Sole, uno dei milioni di stelle della Via Lattea.

Le stelle si formano dal collasso gravitazionale di enormi nuvole di gas e polvere cosmici, la cui densità oscilla costantemente. Il materiale primordiale in queste nuvole è l'idrogeno molecolare e l'elio, e anche le tracce di tutti gli elementi conosciuti sulla Terra.

Il movimento delle particelle che compongono questa enorme quantità di massa sparsa nello spazio è casuale. Ma ogni tanto la densità aumenta leggermente in un punto, provocando la compressione.

La pressione del gas tende ad annullare questa compressione, ma la forza gravitazionale, quella che avvicina le molecole, è un po 'più alta, perché le particelle sono più vicine tra loro e quindi contrasta questo effetto.

Inoltre, la gravità è responsabile dell'aumento della massa ancora di più. E mentre ciò accade, la temperatura aumenta gradualmente.

Ora immagina questo processo di condensazione su larga scala e con tutto il tempo a disposizione. La forza di gravità è radiale e la nuvola di materia così formata avrà una simmetria sferica. Si chiama protostella.

Inoltre, questa nuvola di materia non è statica, ma ruota rapidamente mentre il materiale si contrae.

Nel tempo, si formerà un nucleo ad altissima temperatura e pressione enorme, che diventerà il reattore di fusione della stella. Per questo è necessaria una massa critica, ma quando accade, la stella raggiunge l'equilibrio e inizia così, per così dire, la sua vita adulta.

La massa e la successiva evoluzione delle stelle

Il tipo di reazioni che possono verificarsi nel nucleo dipenderà dalla massa che ha inizialmente e con essa la successiva evoluzione della stella.

Per masse inferiori a 0,08 volte la massa del Sole - 2 x 10 30 kg circa - la stella non si formerà, poiché il nucleo non si accenderà. L'oggetto così formato si raffredderà gradualmente e la condensa rallenterà, dando origine a una nana bruna.

D'altra parte, se la protostella è troppo massiccia, non raggiungerà nemmeno l'equilibrio necessario per diventare una stella, quindi collasserà violentemente.

La teoria della formazione stellare per collasso gravitazionale si deve all'astronomo e cosmologo inglese James Jeans (1877-1946), che propose anche la teoria dello stato stazionario dell'universo. Oggi questa teoria, che sostiene che la materia viene creata continuamente, è stata scartata a favore della teoria del Big Bang.

Ciclo di vita delle stelle

Come spiegato sopra, le stelle sono formate dal processo di condensazione di una nebulosa composta da gas e polvere cosmica.

Questo processo richiede tempo. Si stima che avvenga tra i 10 ei 15 milioni di anni, mentre la stella acquisisce la sua stabilità definitiva. Quando la pressione del gas espansivo e la forza di compressione gravitazionale si bilanciano, la stella entra in quella che viene chiamata sequenza principale.

Secondo la sua massa, la stella si trova su una delle linee del diagramma di Hertzsprung-Russell o diagramma HR in breve. Questo è un grafico che mostra le diverse linee di evoluzione stellare, tutte dettate dalla massa della stella.

In questo grafico, le stelle sono classificate in base alla loro luminosità in base alla loro temperatura effettiva, come mostrato di seguito:

Figura 2. Diagramma HR, creato in modo indipendente dagli astronomi Ejnar Hertzsprung e Henry Russell intorno al 1910. Fonte: Wikimedia Commons. QUELLO .

Linee di evoluzione stellare

La sequenza principale è la regione approssimativamente diagonale che attraversa il centro del diagramma. Lì, a un certo punto, entrano le stelle appena formate, in base alla loro massa.

Le stelle più calde, più luminose e più massicce sono in alto a sinistra, mentre le stelle più fredde e più piccole sono in basso a destra.

La massa è il parametro che governa l'evoluzione stellare, come è stato detto più volte. In effetti, le stelle molto massicce consumano rapidamente il loro carburante, mentre le stelle piccole e fredde, come le nane rosse, lo gestiscono più lentamente.

Figura 3. Confronto delle dimensioni tra pianeti (1 e 2) e stelle (3,4,5 e 6). Fonte: Wikimedia Commons. Dave Jarvis (https://dave.autonoma.ca/).

Per un essere umano, le nane rosse sono praticamente eterne, nessuna nana rossa conosciuta è ancora morta.

Adiacenti alla sequenza principale ci sono le stelle che, per la loro evoluzione, si sono spostate su altre linee. Così sopra ci sono le stelle giganti e supergiganti, e sotto le nane bianche.

Tipi spettrali

Ciò che ci viene dalle stelle lontane è la loro luce, e dalla sua analisi si ricavano molte informazioni sulla natura della stella. Nella parte inferiore del diagramma HR c'è una serie di lettere che indicano i tipi spettrali più comuni:

OBAFGKM

Le stelle con la temperatura più alta sono O e le più fredde sono di classe M. A sua volta, ciascuna di queste categorie è suddivisa in dieci diversi sottotipi, differenziandoli da un numero da 0 a 9. Ad esempio, F5, una stella intermedia tra F0 e G0.

La classificazione di Morgan Keenan aggiunge la luminosità della stella al tipo spettrale, con numeri romani da I a V. In questo modo, il nostro Sole è una stella di tipo G2V. Va notato che data la grande variabilità delle stelle, esistono altre classificazioni per loro.

Ogni classe spettrale ha un colore apparente, secondo il diagramma HR in figura. È il colore approssimativo che un osservatore senza strumenti o al massimo binocolo vedrebbe in una notte molto buia e limpida.

Ecco una breve descrizione delle sue caratteristiche secondo i tipi spettrali classici:

Digita o

Sono stelle blu con sfumature violacee. Si trovano nell'angolo in alto a sinistra del diagramma HR, ovvero sono grandi e luminosi, oltre a temperature superficiali elevate, comprese tra 40.000 e 20.000 K.

Esempi di questo tipo di stella sono Alnitak A, dalla cintura della costellazione di Orione, visibile durante le notti invernali settentrionali, e Sigma-Orionis nella stessa costellazione.

Figura 4. Le tre stelle della Cintura di Orione. Da sinistra a destra Alnitak, Alnilam e Mintaka. Inoltre, accanto ad Alnitak, le nebulose Fiamma e Testa di cavallo. Fonte: Wikimedia Commons.

Tipo B

Sono facili da vedere ad occhio nudo. Il suo colore è bianco-blu, con temperature superficiali comprese tra 10.000 e 7000 K. Sirio A, una stella binaria nella costellazione del Canis Major è una stella di tipo A, così come Deneb, la stella più luminosa del Cigno.

Tipo F

Hanno un aspetto bianco tendente al giallo, la temperatura superficiale è addirittura inferiore a quelle del tipo precedente: tra 7000 e 6000 K. La stella polare Polaris, della costellazione dell'Orsa Minore appartiene a questa categoria, così come Canopo, la stella più luminosa della costellazione della Carina, visibile molto a sud dell'emisfero settentrionale, durante l'inverno settentrionale.

Tipo G

Sono di colore giallo e le loro temperature sono comprese tra 6000 e 4800 K. Il nostro sole rientra in questa categoria.

Tipo K.

In linea di principio, non è facile scoprire la struttura interna di una stella, poiché la maggior parte di essi sono oggetti molto distanti.

Grazie allo studio del Sole, la stella più vicina, sappiamo che la maggior parte delle stelle sono costituite da strati gassosi a simmetria sferica, al centro dei quali si trova un nucleo dove avviene la fusione. Questo occupa più o meno il 15% del volume totale della stella.

Intorno al nucleo c'è uno strato come un mantello o un involucro e infine c'è l'atmosfera della stella, la cui superficie è considerata il suo limite esterno. La natura di questi strati cambia con il tempo e l'evoluzione seguita dalla stella.

In alcuni casi, in un punto in cui l'idrogeno, il suo principale combustibile nucleare, si esaurisce, la stella si gonfia e quindi espelle i suoi strati più esterni nello spazio, formando quella che è conosciuta come una nebulosa planetaria, al centro della quale rimane il nucleo nudo. , di seguito nota come nana bianca.

È proprio nell'involucro della stella, dove avviene il trasporto di energia dal nucleo agli strati esterni.

Figura 5. Gli strati del Sole, la stella più studiata di tutte. Fonte: Wikimedia Commons.

Tipi di stelle

Nella sezione dedicata ai tipi spettrali, i tipi di stelle attualmente conosciuti sono stati menzionati in modo molto generico. Questo in termini di caratteristiche scoperte attraverso l'analisi della sua luce.

Ma durante la loro evoluzione, la maggior parte delle stelle viaggia sulla sequenza principale e la lascia anche, localizzandosi in altri rami. Solo le nane rosse rimangono nella sequenza principale per tutta la vita.

Ci sono altri tipi di stelle che vengono spesso menzionati, che descriviamo brevemente:

Stelle nane

È un termine usato per descrivere tipi molto diversi di stelle, che d'altra parte hanno in comune le loro piccole dimensioni. Alcune stelle si formano con una massa molto bassa, ma altre che sono nate con una massa molto maggiore diventano invece nane durante la loro vita.

In effetti, le stelle nane sono il tipo di stella più abbondante nell'universo, quindi vale la pena soffermarsi un po 'sulle loro caratteristiche:

Nane brune

Sono protostelle la cui massa non era sufficiente per avviare il reattore nucleare che spinge una stella nella sequenza principale. Possono essere considerati a metà strada tra un pianeta gigante gassoso come Giove e una stella nana rossa.

Poiché mancano di una fonte di energia stabile, sono destinati a raffreddarsi lentamente. Un esempio di nana bruna è Luhman 16 nella costellazione della Vela. Ma questo non impedisce ai pianeti di orbitare attorno a loro, poiché molti sono stati scoperti finora.

Nane rosse

Figura 6. Dimensioni comparative tra il Sole, la nana rossa Gliese 229A, le nane brune Teide 1 e Gliese 229 B e il pianeta Giove. Fonte: NASA tramite Wikimedia Commons.

La loro massa è piccola, inferiore a quella del Sole, ma la loro vita scorre nella sequenza principale perché spendono con cura il loro carburante. Per questo sono anche più fredde, ma sono il tipo di stella più abbondante e anche la più lunga di tutte.

Nane bianche

È il residuo di una stella che ha lasciato la sequenza principale quando il carburante nel suo nucleo si è esaurito, gonfiandosi fino a diventare una gigante rossa. Dopo questo, la stella perde i suoi strati esterni, riducendone le dimensioni e lasciando solo il nucleo, che è la nana bianca.

Lo stadio della nana bianca è solo una fase nell'evoluzione di tutte le stelle che non sono né nane rosse né giganti blu. Questi ultimi, essendo così massicci, tendono a porre fine alla loro vita in colossali esplosioni chiamate nova o supernova.

La stella IK Pegasi è un esempio di nana bianca, un destino che potrebbe attendere il nostro Sole tra molti milioni di anni.

Nane blu

Sono stelle ipotetiche, cioè la loro esistenza non è stata ancora dimostrata. Ma si ritiene che le nane rosse alla fine si trasformino in nane blu quando esauriscono il carburante.

Nane nere

Sono antiche nane bianche che si sono completamente raffreddate e non emettono più luce.

Nane gialle e arancioni

Le stelle con una massa paragonabile o inferiore a quella del Sole, ma di dimensioni e temperatura maggiori rispetto alle nane rosse, sono talvolta chiamate in questo modo.

Stelle di neutroni

Questa è l'ultima fase della vita di una stella supergigante, quando ha già esaurito il suo combustibile nucleare e subisce un'esplosione di supernova. A causa dell'esplosione, il nucleo della stella rimanente diventa incredibilmente compatto, al punto che elettroni e protoni si fondono per diventare neutroni.

Una stella di neutroni è così, ma così densa, che può contenere fino al doppio della massa solare in una sfera di circa 10 km di diametro. Poiché il suo raggio è diminuito così tanto, la conservazione del momento angolare richiede una maggiore velocità di rotazione.

A causa delle loro dimensioni, vengono rilevati dall'intensa radiazione che emettono sotto forma di un raggio che ruota rapidamente accanto alla stella, formando quella che è nota come pulsar.

Esempi di stelle

Sebbene le stelle abbiano caratteristiche in comune, come con gli esseri viventi, la variabilità è enorme. Come si è visto, esistono stelle giganti e supergiganti, nane, neutroni, variabili, di grande massa, di enormi dimensioni, più vicine e più distanti:

-La stella più luminosa nel cielo notturno è Sirio, nella costellazione del Canis Major.

Figura 7. Sirio, nella costellazione del Canis Major, a circa 8 anni luce di distanza, è la stella più luminosa del cielo notturno. Fonte: Pixabay.

-Próxima Centauri è la stella più vicina al Sole.

-Essere la stella più brillante non significa essere la più luminosa, perché la distanza conta molto. La stella più luminosa conosciuta è anche la più massiccia: R136a1 appartenente alla Grande Nube di Magellano.

-La massa di R136a1 è 265 volte la massa del Sole.

-La stella con la massa maggiore non è sempre la più grande. La stella più grande fino ad oggi è UY Scuti nella costellazione dello Scudo. Il suo raggio è circa 1708 volte più grande del raggio del Sole (il raggio del Sole è 6,96 x 108 metri).

-La stella più veloce finora era stata la US 708, che si muove a 1200 km / s, ma recentemente è stata scoperta un'altra stella che la supera: la S5-HVS1 della costellazione Gru, con una velocità di 1700 km / s. Si ritiene che il colpevole sia il buco nero supermassiccio Sagittario A, al centro della Via Lattea.

Riferimenti

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