LA FUCINA DELLE STELLE

Le stelle sono candele nucleari che nascono e muoiono nell’Universo. Ma come nasce una stella? E’ quello che cercheremo di scoprire in questo articolo. In anteprima diciamo che stelle e pianeti si formano “localmente”, comunque riferito in termini astronomici. La formazione di questi oggetti celesti nasce dal materiale interstellare proveniente da altri spazi intergalattici. Il gas che fluisce è interconnesso in maniera dinamica così che il suo movimento mette in evidenza configurazioni molto ordinate; in quanto la materia grezza utile a formare stelle è molto organizzata. Infatti i gas e le polveri protostellari, presenti nelle gigantesche nubi molecolari, sono distribuite lungo reti di filamenti e viaggiano verso addensamenti di materia la dove vengono compresse fino alla formazione di stelle (Fig.1) Vediamo adesso che cosa succede nelle galassie. Nelle galassie il gas molecolare è movimentato dalla rotazione della stessa galassia, da esplosioni di supernova, dai campi magnetici, dalla gravità. Va detto che non è affatto facile comprendere quale impatto possano avere questi moti sulla formazione di stelle e pianeti, dovuto alla quantificazione del moto del gas. Tuttavia un team internazionale di ricercatori guidati da Jonathan Henshaw del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), Heidelberg, dopo attente osservazioni del gas presente nella Via Lattea, è riuscito a misurare i moti del gas delle gigantesche nubi molecolari lungo i bracci a spirale della nostra galassia fino agli addensamenti gassosi da cui nasce una stella. I ricercatori hanno individuato i moti misurando le variazioni della luce emessa da alcune molecole (Fig.2) misurando l’effetto Doppler dell’intensità luminosa; e con l’utilizzo di un software sono stati in grado di analizzare moltissime misurazioni di moti dei gas. Hanno inoltre scoperto che i moti del gas freddo ondeggia come le onde sulla superficie del mare. Per meglio comprendere la dinamica dei flussi di gas, sono state selezionate diverse regioni della Via Lattea, esaminandole più attentamente allo scopo di individuare differenze tra le fluttuazioni; ed è emerso che i ricercatori sono riusciti a determinare che la velocità dei gas dipendano dalla scala spaziale. Il team ha identificato delle corsie di gas filamentose, che, nonostante si presentino in scale molto differenti, sembrano rivelare strutture quasi egualmente distanziate, sia che si tratti di gigantesche nubi molecolari lungo un braccio a spirale oppure di piccoli addensamenti lungo un filamento. E’ giunto il momento di entrare nello specifico. Ebbene, una stella nasce da un ammasso di gas detto nebulosa interstellare nel quale gli elementi interagiscono fra loro; situazione che comporta una contrazione e un aumento vertiginoso di densità. A questo punto nasce l’antagonismo tra le forze gravitazionali interne che tendono a far contrarre l’ammasso di gas, e l’elevatissima pressione termica la quale tende a farlo esplodere. Poi superata una certa massa critica, tutti i materiali collassano dando luogo alla formazione di una Protostella (Fig.3) al centro della nube, nella quale la sua forza gravitazionale le consente di trattenere materiali così da accrescere la massa e la densità e di raggiungere temperature elevatissime. Vediamo ora quali sono gli elementi. Gli elementi presenti al suo interno sono l’Idrogeno in misura maggiore e l’Elio; e poichè al suo interno non c’è ancora nessun tipo di reazione nucleare in grado di liberare energia, la protostella continua a ridurre le proprie dimensioni, fino a quando il nucleo raggiunge la temperatura di 10 milioni di kelvin. Ed ecco che superata questa soglia la protostella diviene una Stella a tutti gli effetti. Entriamo nel cuore della stella per vedere gli accadimenti. Nel nucleo della stella la temperatura e la pressione sono così alte da trasformare la materia in uno stato di plasma. Qui avviene la Fusione Nucleare (Fig.4) che permette di liberare raggi gamma e fotoni; ed è qui che la trasformazione di atomi di idrogeno in atomi di Elio [Nella reazione di fusione nuclei di elementi leggeri, quali l’idrogeno, a temperature e pressioni elevate, fondono formando nuclei di elementi più pesanti come l’elio]. Ora, grazie all’energia liberatasi, la stella è in grado di sorreggere gli strati più esterni, evitando il collasso completo; così grazie alla sua stabilità viene inserita nel diagramma H-R collocata in una posizione a seconda dalla sua massa. Ma è proprio la massa l’elemento che permette di prevedere per quanto tempo la stella rimarrà in questa situazione, perchè la stabilità è strettamente legata alla quantità di idrogeno all’interno del nocciolo. I problemi seri per la stella nascono quando l’idrogeno termina ed il nucleo non è più in grado di sostenere gli strati esterni. Certamente una stella con una massa maggiore [Stella Gigante o Supergigante – visita https://it.wikipedia.org/wiki/Stella_supergigante] consumerà più velocemente l’idrogeno diventando presto instabile; per cui avverranno nuove contrazioni e la stella assume un nuovo aspetto. Vediamo quale: se la stella ha una massa piccola, il collasso non permetterà di ottenere le condizioni ottimali per nuove fusioni nucleari e la stella andrà incontro alla morte; viceversa se la stella ha una massa grande la temperatura aumenterà tanto da permettere nuove reazioni, trasformandosi in una gigante rossa. Ma non è finita in quanto, terminato l’idrogeno, la stella diventerà luminosissima perché brucerà solo elio; e quando anche l’elio sarà finito le reazioni nucleari trasformano l’elio in carbonio; ed infine, terminata la fase del carbonio il nucleo della stella diventa di ferro, cioè una stella di neutroni. Una palla di ferro che non brillerà più! Una lenta agonia che la porterà verso la morte. Diversa la sorte di una stella gigante o supergigante, la quale esploderà in maniera spettacolare formando una Supernova (Fig.5) trasformandola in una pulsar o un buco nero. A questo punto ci domandiamo: del nostro Sole che ne sarà? Il Sole è una stella molto tranquilla, classificata Nana Gialla, di tipo spettrale G2 V.; è nata 4,57 miliardi di anni fa insieme a tutto il sistema solare. Anche nel Sole avviene la fusione nucleare, cioè quattro nuclei di Idrogeno che generano un nucleo di Elio. L’energia irradiata che spinge verso l’esterno, bilancia l’enorme pressione della massa solare che spinge verso l’interno ed il Sole è così perfettamente in equilibrio. Ma fra circa 5 miliardi di anni il Sole esaurirà l’idrogeno nel nucleo ed accadrà che il nucleo si contrarrà, l’elio si trasformerà in carbonio ed ossigeno, il Sole si espanderà fino a raggiungere un diametro di 250 volte più grande di quello attuale e si allontanerà, descrivendo un’orbita più ampia, ma ciò non sarà sufficiente a salvare il nostro pianeta. Inoltre quando anche l’elio del nucleo sarà esaurito, il nucleo solare si contrarrà ulteriormente andando a formare una cosiddetta Nana Bianca e gli strati esterni del Sole si espanderanno enormemente distruggendo Mercurio, Venere e la Terra. Poi la nana bianca si spegnerà e diventerà una fredda Nana Nera. L’eventuale umanità sopravvissuta nei pianetini esterni sarà costretta a migrare altrove se vuole conservare la sua specie. L’enorme massa di materia che si era allontanata dal Sole andrà a costituire quella che, vista dallo spazio, viene chiamata Nebulosa Planetaria. Una scena apocalittica che ci riguarderà, ma che rientra nelle rigide leggi dell’Universo.

Dott. Giovanni Lorusso (IK0ELN)