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La sequenza principale termina non appena l’H, contenuto nel nucleo della
stella, è stato completamente convertito in He dalla fusione nucleare.
Si arrestano le reazioni di fusione dell’idrogeno e la stella riprende a
contrarsi, per effetto della forza gravitazionale.
Il suo destino è ancora condizionato dalla massa.
Nascita, vita e morte delle stelle. 17 STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
m > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
+
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m < 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. BUCO NERO
(m > 3 mS)
18 1
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• m < 0,5 mS: NANA BIANCA Sirio A, la stella più luminosa del nostro emisfero. • Contrazione nucleo di He
• La T aumenta ma non abbastanza per innescare
nuove reazioni termonucleari
• Continua il collasso gravitazionale aumentando la
densità e la pressione
Sirio B, una nana bianca in orbita a:orno a Sirio A. NANA BIANCA:
• Corpo piccolo molto denso e caldo (caldo residuo disperso).
• Materia, allo stato degenere, esercita una pressione degenere che sostiene la
stella indipendentemente dal suo stato termico interno.
• Si raffredda fino a diventare un corpo denso e oscuro.
• Non posso avere una massa superiore a 1,44 (limite di Chandrasekhar), se fosse
così la pressione degenere non riuscirebbe a vincere il collasso gravitazionale.
Nascita, vita e morte delle stelle. 19 19 La densità di una nana bianca è così alta che 1 cm3 ha una massa di circa 1 tonnellata. Le dimensioni di una nana bianca confrontate con la Terra. Nascita, vita e morte delle stelle. 20 20 2
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STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
m > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
+
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m < 3 mS)
BUCO NERO
(m > 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. 21 • 0,5 mS < m < 8 mS: GIGANTE ROSSA 4He 12C 16O 1H 4He 1H In seguito al collasso la temperatura aumenta e inizia il bruciamento dell’idrogeno che avvolge il nucleo inerte di elio. La fusione dell’idrogeno fa espandere la stella. Si abbassa la temperatura superficiale: GIGANTE ROSSA (diagramma H-­‐R in alto a destra). I successivi collassi portano la temperatura nel nucleo a 100 milioni di gradi: l’elio fonde in carbonio e ossigeno. La trasformazione in gigante rossa può avvenire con alternanza di contrazione ed
espansione: diventa una stella variabile.
Nascita, vita e morte delle stelle. 22 22 3
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Le reazioni in una gigante rossa:
Nel nucleo: Ciclo 3α
12C + raggi γ
34He
2
6
4He 12C 16O 1H 4He Zona intorno
al nucleo:
ciclo
protoneprotone
1H Nascita, vita e morte delle stelle. 23 STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
mGIG.ROSSA > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
+
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m < 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. BUCO NERO
(m > 3 mS)
24 4
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• mGIG.ROSSA > 2 mS: SUPERGIGANTE ROSSA • Non appena si esaurisce anche la fusione dell’He la
densità e la temperatura aumentano fino a valori che
permettono l’innesco di nuove reazioni di fusione.
• Gli strati esterni riscaldati si espandono e la gigante
diventa una supergigante.
• In tali stelle può svolgersi la nucleosintesi di più elementi
all'interno di un nucleo a struttura concentrica. In ciascun
guscio avviene una reazione diversa che porta alla fusione
di un differente elemento. Ogni reazioni produce elementi
più pesanti (ossigeno, neon, silicio e zolfo) ed è più breve.
Il guscio più esterno fonde idrogeno in elio, quello
immediatamente sotto fonde elio in carbonio e via dicendo,
a temperature e pressioni sempre crescenti man mano che
si procede verso il centro.
La supergigante rossa Betelgeuse
• Quando nel nocciolo si formano nuclei di Fe la
produzione di energia si arresta.
Nascita, vita e morte delle stelle. 25 STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
m > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
+
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m < 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. BUCO NERO
(m > 3 mS)
26 5
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• 0,5 mS < m < 8 mS Dopo innumerevoli espansioni e contrazioni, la stella torna a collassare. Inizia il bruciamento dell’elio nel guscio che avvolge il nucleo. La stella espelle la parte esterna. Il nucleo collassato non supera le 1,44 masse solari: nasce una nana bianca. Il gas espulso dà vita a una nebulosa planetaria. Nascita, vita e morte delle stelle. 27 27 STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
m > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
+
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m < 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. BUCO NERO
(m > 3 mS)
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• m > 8 mS L’innesco di processi che assorbono energia fanno crollare defini`vamente il nucleo che libera una quan`tà enorme di energia gravitazionale scaldando gli stra` esterni: la stella esplode violentemente in una supernova. La Crab Nebula è un residuo di supernova: la nebulosa prodo:a dall’esplosione di supernova avvenuta nel 1054. Al centro c’è una stella di neutroni. Nascita, vita e morte delle stelle. 29 29 Lo stadio di supernova: prima, durante e dopo l’esplosione Aumenta la sua
luminosità di un miliardo
di volte
Nascita, vita e morte delle stelle. Parte del materiale
stellare disperso genera
una nebulosa residuale
30 7
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STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
m > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m< 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. BUCO NERO
(m > 3 mS)
31 • 1,44 mS <mNOCCIOLO < 3mS: STELLA A NEUTRONI • La pressione degenere non riesce a contrastare il collasso della stella. • Densità eleva`ssima: tub i protoni e gli ele:roni si fondono per diventare neutroni • Luminoità più rido:a delle nane bianche. • E’ de:a anche pulsar (pulsa`ng star) perché eme:e onde radio e raggi X con variazione ritmiche Nascita, vita e morte delle stelle. 32 8
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STELLA DELLA SEQUENZA PRINCIPALE
(stabilità – reazioni termonucleari)
m < 0,5 mS
m> 0,5 mS
NANA BIANCA
GIGANTE ROSSA
m > 2 mS
SUPERGIGANTE ROSSA
0,5 mS < m < 8 mS
m > 8 mS
NEBULOSA PLANETARIA
SUPERNOVA
NANA BIANCA
(0,5 mS < m < 1,44 mS)
STELLA A NEUTRONI
(1,44 mS < m < 3 mS)
BUCO NERO
(m > 3 mS)
Nascita, vita e morte delle stelle. 33 • mNOCCIOLO < 3mS: BUCHI NERI (BH = black holes) Il collasso è inarrestabile e si ri`ene che la materia scompaia in una singolarità: un punto di dimensioni nulle e densità infinita: un buco nero. Cygnus X-­‐1: un candidato buco nero. • Il buco nero è limitato dall’orizzonte degli even<, dove la velocità di fuga è pari a quella della luce: anche la luce rimane intrappolata al suo interno. • Alcuni astrofisici credono che i buchi neri siano dei collegamen` tra zone diverse dell’universo o tra universi paralleli • Altri pensano che siano i luoghi da dove si generino nuovi universi Nascita, vita e morte delle stelle. 34 34 9
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La morte precoce delle stelle di massa > ha modificato in modo
significativo la composizione dell’universo.
Durante l’esplosione di una supernova infatti:
- si formano elementi pesanti
- dispersione del materiale da cui possono generarsi nuove stelle che
avranno una < % di H e una > % di elementi pesanti.
Divese generazioni di stelle:
• STELLE di POPOLAZIONE II o di PRIMA GENERAZIONE:
Povere di elementi pesanti,composte prevalentemente di H
• STELLE di POPOLAZIONE I o di SECONDA GENERAZIONE:
Stelle “giovani, ricche di elementi pesanti prodotti da una precedente
“generazione” di stelle.
Nascita, vita e morte delle stelle. 35 10
