COSA SONO LE STELLE COME NASCONO LE STELLE COME · PDF fileLe STELLE sono corpi celesti che...

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COSA SONO LE STELLE

COME NASCONO LE STELLE

COME EVOLVONO LE STELLE

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 2

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Le STELLE sono corpi celesti che brillano di

luce propria e che, ad eccezione del Sole, ci

si presentano sempre puntiformi.

DOMANDE:

Come fa a brillare una stella?

Per quanto tempo pu farlo?

Oggi sappiamo che deve esserci un processo che genera energia e che le stelle disperdono

energia. Proprio come noi. Quindi le stelle in un certo senso vivono, e per vivere devono

nascere e poi morire

LE NEBULOSE: GENERALITA

CONTRAZIONE DELLE NEBULOSE

DALLE PROTOSTELLE ALLE STELLE

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 4

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Una NEBULOSA un corpo celeste di natura diffusa

composto essenzialmente da gas e polvere in

quantit variabile e con densit, e temperatura,

variabili.

Il costituente principale del gas lidrogeno, mentre in

base alla densit si ottengono nebulose a diverse

temperature: dalle nebulose fredde, a circa -C, a quelle

calde normalmente a 7500C, fino a quelle che emettono

solo nello spettro X, a circa un milione di gradi.

Le polveri sono invece prevalentemente composte da silicati e grafite e dovrebbero avere origine

dalle prime stelle esplose.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 5

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

In genere si soliti distinguere tra tre tipologie di nebulose:

AD EMISSIONE: il gas della nebulosa viene eccitato dalla

radiazione di stelle vicine. Si ionizza, acquistando energia e poi

rilasciandola, quindi emettendo energia in seguito ad un

processo di ionizzazione. Esempio classico M42 in Orione.

Queste nebulose hanno un classico colore rosso.

A RIFLESSIONE: la radiazione delle stelle vicine non talmente

forte da ionizzare il gas della nebulosa che, quindi, si limita a

deviarla, facendola rimbalzare. Quindi, riflettendo la luce. Queste

nebulose hanno un colore tipicamente azzurro ed un esempio la

nebulosa Strega, in Orione.

OSCURE: sono banchi fitti di polveri visibili solo perch posti

prospetticamente sopra nebulose pi chiare. Esempio Barnard 33

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 6

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Le aree delle nebulose in cui ha luogo la formazione stellare sono dette nubi molecolari: si

tratta di nubi fredde, intorno a poche centinaia di gradi sopra lo zero assoluto, e che occupano

enormi regioni di spazio.

Qui consentita la formazione di svariate

molecole (CO, H2O e H2).

Possono avere masse fino a 2x106 masse

solari, con diametri fino a 350 anni di luce.

La massa totale delle nubi molecolari della

nostra Galassia dovrebbe aggirarsi intorno ai 5

miliardi di masse solari. Tuttavia, se potessimo

addentrarci all'interno di una nube molecolare

troveremmo soltanto 200 o 300 molecole di

idrogeno per centimetro cubico.

Gli astronomi hanno dedotto che nubi molecolari ed emissioni di monossido di carbonio sono

intimamente legati.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 7

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Quando una nube molecolare comincia a

creare un punto di accumulazione di massa

si creata una PROTOSTELLA, materiale

interstellare che si trova in fase di

condensazione e che fa da preludio alla

nascita di una nuova stella.

REQUISITO NECESSARIO: la nube deve

avere una temperatura inferiore a 100 K,

altrimenti gli atomi che collidono non

riescono a rimanere uniti e ad accrescere le

dimensioni.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 8

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Quando le nubi si contraggono, gas e polveri

opacizzano sempre pi la nube che assume quindi le

sembianze di una scura regione di formazione stellare.

Queste regioni sono generalmente note come Oggetti

di Barnard, dal nome di Edward Barnard, il primo

astronomo a catalogare tutti questi oggetti.

Il pi grande oggetto di Barnard pu avere massa pari a

10.000 masse solari, con un diametro di circa 10

parsec.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 9

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La protostella non quasi mai visibile, troppo

fredda, e pu essere vista soltanto come punto

buio su uno sfondo luminoso, quindi in negativo

rispetto al solito. Queste masse globulari oscure,

pi piccole degli oggetti di Barnard e spesso

contenute in essi, sono dette globuli di Bok (dal

nome di Bart Bok). Hanno temperature molto

basse, intorno ai 10 K, ed una densit da 10 a

20.000 particelle (grani di polveri, atomi di gas e

molecole) per centimetro cubico. La dimensione

di questi oggetti pu variare considerevolmente

ma in media un globulo di Bok occupa circa 1

parsec in diametro, con masse comprese tra una

massa solare e mille masse solari.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 10

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Ci sono svariate forze che si oppongono al collasso della nube interstellare.

rotazione della nube

pressione del gas

moto turbolento del gas

campi magnetici

In realt, se non vedessimo le stelle saremmo pi propensi a dire che non possono formarsi!

Esiste un delicato equilibrio tra l'attrazione gravitazionale esercitata dalle particelle delle nubi e

l'energia termica che resiste al collasso. Se la prima domina sulla seconda, la stella pu

formarsi. Ma, allora, cosa determina la vittoria della forza gravitazionale? Ce lo dice il

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 11

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Il CRITERIO DI JEANS indica dimensione e massa minime (massa e dimensione di Jeans) che

la nube deve avere affinch la gravit possa vincere sulla radiazione termica, date la densit, la

temperatura e la massa della nube di partenza.

La massa di Jeans aumenta con la temperatura e diminuisce con la densit.

La massa di Jeans quindi la massa di una nube il cui raggio pari alla dimensione di Jeans.

Rj = (kT/Gm2n)1/2

dove:

k la costante di Boltzmann pari a 1,3806x10-23JK-1

T la temperatura in Kelvin

G la costante gravitazionale pari a 6,67x10-11Nm2kg-2

m la massa degli atomi di idrogeno pari a 1,67x10-27kg

n il numero di particelle (densit)

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 12

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

La nube deve avere una temperatura molto bassa e deve essere molto densa. Per questo, le

nubi dense ed oscure dovrebbero essere le pi favorevoli alla formazione stellare, essendo

sufficiente una massa minore per causare il collasso.

La massa di Jeans, per, tralascia alcuni aspetti come la rotazione, la turbolenza ed il campo

magnetico che tendono ad inibire la contrazione. Alcune nubi stellari con una massa superiore a

quella prevista da James Jeans sembrano molto stabili.

L'instabilit viene dall'esterno, dalle perturbazioni. Tuttavia il criterio di Jeans comunque un

ottimo inizio per determinare la possibilit di formazione stellare.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 13

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Non si detto nulla sul motivo per il quale la nube molecolare, ad un certo

punto, inizia a spiraleggiare ed a "cadere" gravitazionalmente verso un punto

che sar, in seguito, una protostella.

I meccanismi che possono spiegare questo innesco della formazione stellare

sono riconducibili essenzialmente a tre, sebbene ancora sia un argomento

molto dibattuto in astrofisica:

1. i bracci delle galassie a spirale: le galassie girano ed i bracci comprimono

durante la rotazione le nubi molecolari creando, a volte, regioni pi dense

che iniziano ad attrarre maggiori quantit di gas e polvere;

2. l'espansione delle regioni HII: le stelle pi potenti (spettro O-B) emettono

una radiazione che spinge il gas circostante, lo comprime creando altre

zone di formazione stellere in una reazione a catena. Un esempio in

M42, con le stelle del Trapezio;

3. le esplosioni di supernovae: londa durto creata dalla stella esplosa

comprime il gas circostante dando vita a nuove contrazioni e nuove stelle.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 14

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L'addensamento del gas (soprattutto idrogeno ed elio) provoca:

- diminuzione del volume

- innalzamento della temperatura

- radiazione nello spettro visibile.

La nube diventa opaca a causa della densit di atomi.

Se la massa non sufficiente da far raggiungere una temperatura

accettabile, si forma un corpo celeste gassoso come Giove.

Se la massa inferiore a un decimo della massa solare, circa, si

crea una nana bruna.

Se la temperatura della protostella raggiunge i 10 milioni di gradi,

nasce una stella.

SERATA N 6 - NASCITA ED EVOLUZIONE STELLARE 15

CORSO DI ASTRONOMIA DI BASE 2012

Una nana bruna u