L’origine delle Stelle e dei
Sistemi Planetari
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Silvano Massaglia – Torino 2013
La formazione delle stelle
L’origine dei Sistemi Planetari
La formazione dei pianeti
La Terra come pianeta molto particolare
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Le galassie a spirale, come la Via Lattea, sono
ricche di materia interstellare, in forma di
gas e polveri.
Dalle osservazioni da satellite nella banda
dell’infrarosso si rilevano delle concentrazioni
della materia in nubi.
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Dove si formano le stelle?
Nelle Nubi Molecolari Giganti
Condizioni fisiche:
1.
2.
3.
4.
Temperatura T~10K
Densità ~1000 volte ISM.
Dimensioni L ~1-300 anni luce
Masse M ~105 – 107 masse
solari
5. Vita media τ ~107 anni
Nella Via Lattea sono presenti
circa 1000 Nubi Molecolari.
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La costellazione di Orione
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La Nube Molecolare in Orione
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Proto-stelle in Orione
Osservazioni da satellite nell’infrarosso
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La materia presente nelle nubi molecolari
proviene da antichi eventi di Supernova che
hanno arricchito il mezzo delle nubi di
“metalli”.
SN type IA:
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Le condizioni fisiche all’interno delle nubi
molecolari sono favorevoli alla formazione
delle stelle.
Il materiale è relativamente freddo, pochi gradi
kelvin, e denso, 1000 particelle per cc.
Se in una certa regione della nube la densità
aumenta, questo aumento può crescere nel
tempo dando luogo a dei nuclei densi di
materia.
Le condizioni però devono essere quelle “giuste”:
Criterio di Jeans.
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Collasso di una nube in seguito a instabilità di Jeans,
simulazione numerica:
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La proto-stella che si forma all’interno di una
nube irraggia energia, la sorgente della sua
energia non è di tipo nucleare, come il Sole, ma
rilascia in radiazione parte della sua energia
gravitazionale, per milioni di anni.
La proto-stella è immersa in un ambiente ricco
di materia, che cade sulla stella.
Si forma un disco di gas e polveri intorno alla
Protostella.
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La proto-stella è immersa in una nube ricca
di gas e polveri che cade per effetto della
attrazione gravitazionale.
A causa della rotazione la materia in caduta
si dispone su orbite Kepleriane:
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mM
v
GM
G 2 m v
R
R
R
Formanti un disco di accrescimento piatto.
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Nella fase di formazione la stella attraversa la fase
in cui materia accresce sulla stella formando un disco
e viene espulsa in getti:
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Simulazione numerica di un getto da stella in formazione:
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Il gas e le polveri del disco di accrescimento non vengono
più sostituite dal materiale esterno in caduta, che diventa
nel tempo sempre più rarefatto.
Termina l’accrescimento sulla stella centrale.
Formazione di strutture più dense: planetesimi.
Aggregazione in strutture via via più grandi.
Formazione di proto-pianeti.
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Formazione di proto-pianeti per accrescimento
collisionale:
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Formazione della Terra:
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Formazione degli oceani, il ruolo delle comete:
circa la metà dell’acqua presente sulla Terra proviene da
impatti di comete
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Condizioni per l’origine della vita
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Condizioni per l’origine della vita
di organismi superiori
La vita sulla Terra si sviluppò circa 4 miliardi di anni fa.
La vita in forme semplici può essere comune nell’Universo.
Ma le forme di vita complesse hanno bisogno di condizioni
molto particolari per svilupparsi su un pianeta:
1. Orbitare entro la “zona abitabile” della stella per
avere acqua allo stato liquido e temperatura < 50C
2. La stella deve essere stabile per miliardi di anni
3. Bassa probabilità di impatto di asteroidi: avere un
vicino come Giove
4. Lontana da stelle che possono diventare Supernove
5. Posizionata in zone della galassia ricche di metalli
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Condizioni per l’origine della vita
di organismi superiori
6. Nucleo metallico fuso per avere un campo magnetico
a protezione del vento solare
7. Grande satellite vicino per stabilizzare la rotazione
8. La giusta quantità di acqua negli oceani
9. La giusta quantità di carbonio favorire la vita, ma
limitare l’effetto serra
10. Abbastanza ossigeno per la fotosintesi
11. L’inclinazione dell’asse terrestre limitato per
variazioni stagionali non troppo estreme
L’insieme di queste condizioni rende molto bassa la
probabilità dell’esistenza di organismi viventi complessi
nell’Universo.
D’altra parte, esistono miliardi di galassie nell’Universo
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con ognuna centinaia di miliardi di stelle…
Condizioni per l’origine della vita
di organismi superiori
Giusta distanza dalla stella
Habitat per vita complessa.
Acqua liquida vicino alla
superficie.
Lontana da evitare tidal lock.
Giusta massa stellare
Lunga durata nella zona
stabile.
Non troppa radiazione UV.
Orbite planetarie stabili
I pianeti giganti non causano
perturbazioni.
Giusta massa planetaria
Attrae atmosfera e oceani.
Abbastanza calda da avere
placche tettoniche. Presenza
di nucleo fuso.
Pianeta gioviano vicino
Spazza comete e asteroidi.
Non troppo vicino, not troppo
lontano.
Un pianeta come Marte
Un piccolo vicino come
possibile sorgente di
organismi per eventualmente
inseminare un pianeta di tipo
Terra.
Placche tettoniche
Formazione delle masse
continentali e delle catene
montuose: biodiversità.
Formazione del campo
magnetico.
Oceani
Non troppi.
Non troppo pochi.
Una Luna grande
Alla giusta distanza stabilizza
l’asse di rotazione.
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Grazie per l’attenzione
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