Come le stelle cambiano durante la loro vita

Le stelle sono alcuni dei mattoni fondamentali dell'universo. Non solo costituiscono le galassie, ma molti ospitano anche sistemi planetari. Quindi, comprendere la loro formazione ed evoluzione fornisce importanti indizi per comprendere galassie e pianeti.

Il sole influenza il sistema solare in molti modi. Insegna agli astronomi come funzionano le stelle. NASA / Goddard Space Flight Center

Il Sole ci dà un esempio di prima classe per studiare, proprio qui nel nostro sistema solare. Sono solo otto minuti luce, quindi non dobbiamo aspettare molto per vedere le caratteristiche sulla sua superficie. Gli astronomi hanno un numero di satelliti che studiano il Sole e sanno da molto tempo le basi della sua vita. Per prima cosa, è di mezza età e proprio nel mezzo del periodo della sua vita chiamato "sequenza principale". Durante quel periodo, fonde l'idrogeno nel suo nucleo per produrre elio. 

Nel corso della sua storia, il Sole è stato praticamente lo stesso. Per noi, è sempre stato questo oggetto luminoso, bianco-giallastro nel cielo. Non sembra cambiare, almeno per noi. Questo perché vive su un calendario molto diverso rispetto agli umani. Tuttavia, cambia, ma in modo molto lento rispetto alla rapidità con cui viviamo le nostre vite brevi e veloci. Se osserviamo la vita di una stella sulla scala dell'età dell'universo (circa 13,7 miliardi di anni), allora il Sole e le altre stelle vivono una vita abbastanza normale. Cioè, nascono, vivono, si evolvono e poi muoiono per decine di milioni o miliardi di anni. 

Per capire come si evolvono le stelle, gli astronomi devono sapere che tipo di stelle ci sono e perché si differenziano tra loro in modi importanti. Un passo è "ordinare" le stelle in diversi contenitori, proprio come le persone potrebbero ordinare le monete o i marmi. Si chiama "classificazione stellare" e svolge un ruolo enorme nel comprendere come funzionano le stelle. 

Stelle di classificazione

Gli astronomi ordinano le stelle in una serie di "contenitori" utilizzando queste caratteristiche: temperatura, massa, composizione chimica e così via. In base alla sua temperatura, luminosità (luminosità), massa e chimica, il Sole è classificato come una stella di mezza età che si trova in un periodo della sua vita chiamato "sequenza principale". 

Questa versione del diagramma Hertzprung-Russell traccia le temperature delle stelle rispetto alla loro luminosità. La posizione di una stella nel diagramma fornisce informazioni sullo stadio in cui si trova, nonché sulla sua massa e luminosità. Osservatorio europeo meridionale

Praticamente tutte le stelle trascorrono la maggior parte della loro vita in questa sequenza principale fino alla morte; a volte delicatamente, a volte violentemente.

Riguarda la fusione

La definizione di base di ciò che rende una stella della sequenza principale è questa: è una stella che fonde idrogeno con elio nel suo nucleo. L'idrogeno è l'elemento base delle stelle. Quindi lo usano per creare altri elementi.

Quando si forma una stella, lo fa perché una nuvola di idrogeno inizia a contrarsi (tirare insieme) sotto la forza di gravità. Questo crea un denso, caldo protostar al centro della nuvola. Questo diventa il nucleo della stella.

Il team di Spitzer Legacy "Cores to Disks" ha utilizzato due telecamere a infrarossi sul telescopio spaziale Spitzer della NASA per cercare dense regioni di nuvole molecolari interstellari (note come "core") per prove della formazione di stelle. NASA / JPL-Caltech / N. Evans (Univ. Del Texas ad Austin) / DSS

La densità nel nucleo raggiunge un punto in cui la temperatura è di almeno 8-10 milioni di gradi Celsius. Gli strati esterni del protostar stanno premendo sul nucleo. Questa combinazione di temperatura e pressione avvia un processo chiamato fusione nucleare. Questo è il punto in cui nasce una stella. La stella si stabilizza e raggiunge uno stato chiamato "equilibrio idrostatico", che è quando la pressione di radiazione esterna dal nucleo è bilanciata dalle immense forze gravitazionali della stella che cerca di collassare su se stessa. Quando tutte queste condizioni sono soddisfatte, la stella è "sulla sequenza principale" e va avanti per la sua vita impegnandosi a trasformare l'idrogeno in elio nel suo nucleo.

Riguarda la messa

La messa svolge un ruolo importante nel determinare le caratteristiche fisiche di una determinata stella. Fornisce anche indizi su quanto tempo vivrà la stella e su come morirà. Maggiore è la massa della stella, maggiore è la pressione gravitazionale che cerca di far collassare la stella. Per combattere questa maggiore pressione, la stella ha bisogno di un alto tasso di fusione. Maggiore è la massa della stella, maggiore è la pressione nel nucleo, maggiore è la temperatura e quindi maggiore è la velocità di fusione. Ciò determina la velocità con cui una stella consumerà il suo combustibile.

Una stella massiccia fonderà le sue riserve di idrogeno più rapidamente. Questo lo toglie dalla sequenza principale più rapidamente di una stella di massa inferiore, che utilizza il suo combustibile più lentamente.

Lasciando la sequenza principale

Quando le stelle esauriscono l'idrogeno, iniziano a fondere l'elio nei loro nuclei. Questo è quando lasciano la sequenza principale. Le stelle di massa elevata diventano supergiganti rosse e poi si evolvono per diventare supergiganti blu. Sta fondendo l'elio in carbonio e ossigeno. Quindi, inizia a fondere quelli nel neon e così via. Fondamentalmente, la stella diventa una fabbrica di creazione chimica, con fusione che si verifica non solo nel nucleo, ma negli strati che circondano il nucleo. 

Alla fine, una stella di massa molto elevata cerca di fondere il ferro. Questo è il bacio della morte per quella stella. Perché? Perché la fusione del ferro richiede più energia di quella disponibile dalla stella. Arresta la fabbrica della fusione morta sulle sue tracce. Quando ciò accade, gli strati esterni della stella collassano sul nucleo. Succede abbastanza rapidamente. I bordi esterni del nucleo rientrano per primi, alla straordinaria velocità di circa 70.000 metri al secondo. Quando questo colpisce l'anima di ferro, tutto inizia a rimbalzare indietro e crea un'onda d'urto che squarcia la stella in poche ore. Nel processo, vengono creati nuovi elementi più pesanti mentre la parte anteriore dell'ammortizzatore attraversa il materiale della stella.
Questo è ciò che viene chiamato una supernova "core-collapse". Alla fine, gli strati esterni esplodono nello spazio e ciò che rimane è il nucleo collassato, che diventa una stella di neutroni o un buco nero.