LE STELLE : UN’INFINITA MERAVIGLIA

[banner url=”D64F00″]LE STELLE

Una stella rappresenta un corpo celeste che brilla di luce propria , la caratteristica di emettere luce è dovuta a reazioni di fusione atomica nucleare che emettono grandissime quantità di energia. Tali reazioni di fusione nucleare consistono nell’ unione di più nuclei leggeri in un nucleo più pesante. La liberazione di queste grandi quantità energetiche è dovuta al fatto che la massa dei prodotti è inferiore alla massa dei reagenti , tale differenza di massa riscontrata è detta difetto di massa  e si trasforma in energia seguendo la ben nota relazione formulata da  Albert Einstein E=mc2, dove E sta per l’energia liberata, m sta per la massa perduta nella reazione, e c sta per la velocità della luce. Affinché questo avvenga la materia deve raggiungere livelli di temperatura altissimi nell’ordine di milioni di kelvin. Ma quali sono gli elementi responsabili di tale reazione nelle stelle ? o per meglio dire , quale è il carburante che permette questa reazione esotermica ?

Per rispondere a questa domanda l ‘ umanità ha dovuto attendere la fine degli anni trenta del novecento in cui  i fisici tedeschi Hans Bethe e Carl von Weizsäcker formularono, in modo indipendente l’uno dall’altro, la teoria della fusione dell’idrogeno quale meccanismo fondamentale di produzione dell’energia stellare. Infatti fu dimostrato che la materia più presente nell’universo sia proprio l idrogeno che in chimica assume la notazione -H- , ed è proprio l’idrogeno che tramite la fusione nucleare 4 atomi da vita ad un atomo di elio (-He-) liberando ingenti quantità di energia.

CLASSIFICAZIONE

Una volta chiarito cosa fosse una stella il mondo scientifico, notando l’incredibile varietà di forme e tipologie presenti nella volta celeste, sentì il bisogno di classificarle in base alle differenze riscontrate nell’osservazione.

una delle prime cose che viene naturale notare è la differenza della luminosità di alcune stelle rispetto ad altre,

tale pratica di classificare le stelle in base alla loro luminosità percepita risale a tempi molto antichi , infatti Tolomeo

arguto osservatore suddivise gli astri in 6 classi a seconda della luminosità , impostando le basi della Magnitudine Apparente, che differisce dalla Magnitudine Assoluta in quanto Tolomeo che intorno all’anno 100 non poteva usufruire di alcune conoscenze basilari non considerò un’importante fattore ovvero la distanza , infatti ad oggi sappiamo che la distanza e la luminosità (Magnitudine) sono inversamente proporzionali e quindi una stella che ci sembra meno luminosa in realtà potrebbe semplicemente essere più lontana. Ma come possiamo misurare l effettiva lontananza di una stella ?

Il metodo più semplice risale a tempi molto antichi e consiste nella tecnica della parallasse. Ovvero lo spostamento misurato di uno oggetto su uno sfondo al cambiare del punto di osservazione,  un po come lo spostamento del dito riscontrato quando lo si guarda con un occhio e successivamente con l’altro. Secondo le regole della trigonometria conoscendo la distanza lineare tra i due punti di osservazione e l’angolo  di parallasse (spostamento dell’obbiettivo sullo sfondo) possiamo determinare la distanza del corpo preso in esame. Ovviamente più l’oggetto è lontano più sarà difficile  misurare lo spostamento in base allo sfondo , per sopperire a tale problema si deve aumentare la distanza tra i due punti di osservazione, tanto che per misurare la distanza stellare è necessario sfruttare posizioni opposte del moto di rivoluzione terrestre.

Arrivati a tale punto è necessario introdurre il concetto di spettro. Nel 1814 un ottico tedesco ,Joseph von Fraunhofer , fece passare un raggio di luce solare in una fenditura prima di farlo rifrangere in un prisma in modo da ottenere una serie di immagini della fenditura ciascuna prodotta da una diversa lunghezza d’onda ed inoltre notò che alcune lunghezze d’onda erano assenti presentandosi come righe nere. Successivamente si comprese che tali righe fossero caratteristiche dei vari elementi presenti nel sole e che rappresentassero l’assorbimento di quelle lunghezze d’onda da parte di determinati elementi mentre le righe luminose rappresentassero l emissione di luce caratteristica degli elementi stessi. Tramite successivi studi sperimentali si instaurò il legame tra comportamento ottico e composizione chimica di un oggetto luminoso. Cosi vennero scoperti nuovi elementi come il cesio ed il rubidio , non solo , inoltre si poté calcolare le differenze tra gli spettri di diverse stelle e quindi le loro diverse composizioni chimiche , tanto da poterle classificare in classi spettrali indicate con lettere maiuscole

che  disposte secondo temperatura decrescente sono O,B,A,F,G,K,M,R,N ed S . Ognuna di queste classi può essere suddivisa a sua volta utilizzando una numerazione da 0 a 9.

Un altro modo che venne utilizzato per indagare nel vastissimo universo fu  quello della radioastronomia , a cui inizialmente non fu data la giusta attenzione in quanto richiedeva una imponente parabola per ottenere rumori di fondo di difficile interpretazione , ma successivamente alla seconda guerra mondiale tutte le attrezzature radar che operavano su frequenze e lunghezze d’onda simili a quelle utilizzate dai radioastronomi poterono essere utilizzate per ricercare radiosorgenti (inizialmente dette radiostelle ) all’interno della nostra galassia e oltre. Le scoperte non tardarono ad arrivare, vennero alla luce nuove tipologie di radiosorgenti nonché di stelle. Indagando nello spazio profondo con le migliore tecnologie si captarono segnali provenienti da nebulose come quella del granchio oppure da galassie molto distanti con un enorme areale , ma ciò che colpì il mondo scientifico furono delle radiosorgenti di piccole dimensioni come 3C48 , 3C147, 3C196 ecc… in cui la sigla 3C fa riferimento al terzo catalogo delle radiosorgenti di Cambridge , successivamente nel 1960 l’astronomo americano Sandage vaglio queste posizioni con un telescopio da 200 pollici trovando effettivamente delle masse identificabili come stelle o come quasi stelle : LE QUASAR. Ciò che è caratteristico delle quasar è il redshift o “spostamento verso il rosso” che si riscontra nello studio dello spettro ed in accordo con la legge di Hubble questo dato ci dice che sono oggetti molto distanti e che debbano esprimere un energia pari a quella di centinaia di normali galassie.

Un altro oggetto che destò le attenzioni del mondo scientifico furono le PULSAR ovvero delle radiosorgenti che emettevano segnali ad intervalli molto regolari , dall’attenta osservazione di tale fenomeno si poté ipotizzare che tali pulsar fossero delle stelle di neutroni ovvero stelle compatte degeneri il cui peso è sostenuto da neutroni liberi.

                                                          CICLO VITALE

Ovviamente come qualsiasi cosa anche le stelle sono soggette al tempo e quindi a cambiamenti che vanno dalla nascita fino alla cosiddetta “morte”. Partendo dalla nascita : possiamo affermare che la formazione di una stella parte dalla presenza di una nebulosa in cui gli elementi presenti iniziano ad interagire tra loro per formare  una massa sempre più grande, e una volta superata la massa critica ( massa di Jeans ) il materiale addensato collassa per formare una protostella . Successivamente si instaurano reazioni di fusione nucleare in cui da idrogeno si forma elio , in questa fase troviamo fenomeni di emissione di particelle cariche meglio noti come venti solari. Ora le stelle si trovano in una fase detta sequenza principale , in cui godono di un equilibrio idrostatico instaurato tra la pressione termica tendente all’esterno e il collasso gravitazionale tendente all’interno. Le varie tipologie di stelle presenti nella sequenza principale dipendono dalla massa iniziale di formazione, tali varianti sono riscontrabili nel diagramma Hertzsprung-Russel in cui vengono messe nelle ordinate la magnitudine e nelle ascisse la temperatura assoluta .

 

LE NANE ROSSE : Hanno masse comprese tra 0-4 e 0.08 unità di massa solare ovvero il minimo necessario per la formazione di una vera stella infatti al di sotto di tale massa avremmo solo una nana bruna che non possiede reazioni di fusione nucleare. Le nane rosse sono le stelle più diffuse infatti rappresentano il 67% della via lattea e la più prossima alla terra è proxima centauri che dista 4.2 anni luce. Questa tipologia stellare nel tempo può concludere il proprio ciclo o espandendo il proprio volume divenendo giganti rosse o in alternativa incrementare le reazioni nucleari assumendo un colore tendente al blu da cui il nome nane blu per poi terminare il ciclo in fase di nane bianche una volta terminato l idrogeno.

GIGANTI ROSSE : stelle grandi e fredde di categoria K o M con una colorazione arancione rossastra , hanno massa da 0,5 a 10 masse solari , al di sopra delle 10 masse solari si può parlare di supergiganti rosse come la ben nota Betelgeuse . Si stima che anche il nostro sole arriverà alla fase di gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni inglobando i pianeti più prossimi ad esso.

STELLE DEGENERI : Tale denominazione è accostata a stelle a corpi celesti di piccole dimensioni ma con densità elevatissime formatisi quando in fase di terminale la pressione di radiazione non compensa la gravità degli strati più esterni portando al collasso della materia. In tale categoria riconosciamo stelle di neutroni nane bianche e nane nere.

NANE BIANCHE : Stelle di piccolissime dimensioni con densità elevatissima aventi colore molto chiaro tendente al bianco. Possiedono temperature elevatissime ma bassa magnitudine , ciò le colloca in basso a destra del diagramma Herrtzsprung-russel. La massa stimata è mediamente di 0.5 e 0.7 masse solari .

NANE NERE : Una nana nera è l ‘ipotetica fase terminale di una stella , infatti deriva dal raffreddamento di una nana bianca in circa 10 miliardi di anni, restando materia inerte e vagante nello spazio.

STELLA DI NEUTRONI : sono composte essenzialmente da neutroni compattati in un raggio dell’ordine delle decine di km. Il livello di compattezza raggiunto fa si che possiamo considerarle come nuclei atomici giganti. A causa di questa densità colossale ritroviamo dei campi magnetici intorno a tali stelle 100 miliardi superiori a quelli della terra e per dare una vaga idea della compressione presente rapportiamo il valore della velocità di fuga della terra corrispondente a 11.2 km/s con quella di un ipotetica stella di neutroni in cui la velocità di fuga per permette un corpo di uscire dall’attrazione gravitazionale è di 100 000 km/s ovvero un terzo della velocità della luce. Tale tipologia fu poi identificata con il fenomeno delle pulsar in quanto la materia viene captata dal campo magnetico e gli elettroni iniziano a ruotare intorno alla stella allontanandosi giungendo fino al punto che per continuare a ruotare insieme ad essa debbano superare la velocità della luce e proprio in quel momento l elettrone deve fermarsi e rilasciare la sua energia cinetica in raggi x o raggi gamma , tale fenomeno viene notato osservando il polo magnetico e poiché esso ruota insieme alla stella, si avverte la periodicità del segnale giustificando cosi il modello delle pulsar precedentemente descritto.

NOVAE : quando una nana bianca  possiede una compagna in un sistema binario da cui sottrarre materia tramite la forte gravità

 allora vi è un accumulo di idrogeno e elio in superficie che condensandosi danno origine a fusioni nucleari che a loro volta portano a una combustione rapida che causa intensa luminosità per brevi periodi. Il termine nova si riferisce al fatto che in passato queste stelle venivano notate e identificate come “nuove”. 

SUPERNOVAE : con questo nome sono identificate stelle con esplosioni di gran lunga maggiore a quelle di una nova. Per dare un’idea dell’evento dobbiamo considerare che una supernova riesce ad emettere in tempi brevi dell’ordine di settimane o mesi quantità di energia superiori a quelle emesse dal nostro sole in tutta la sua esistenza . Da tali esplosioni la materia viene irradiata nello spazio tramite onde d’urto lasciando bolle di gas in espansione nel mezzo interstellare.

Ovviamente per descrivere in moto esaustivo le meraviglie dell’ universo non può essere sufficiente uno spazio cosi piccolo , è infatti intento di questo breve articolo mettere le basi per una comprensione sommaria dei corpi celesti che ci circondano e di incrementare la curiosità nei confronti della astronomia e della comprensione di ciò che rappresenta da sempre uno dei campi più interessanti e più ambiti dall’inarrestabile sete di conoscenza della mente umana : l’infinito universo.[banner network=”altervista” align=”aligncenter”]