Il destino delle stelle
A cura del Prof. A.Greco e di Liuzzi M.T. (III A ocb)
Nasce una stella
Le stelle che vediamo in cielo sembrano avere tutte una cosa in comune: sono nel pieno
della loro vita. Eppure ci devono essere anche stelle che ora stanno nascendo e stelle che
invece stanno morendo. Nella nostra galassia, la Via Lattea, ogni anno nascono una
decina di stelle ed altrettante ne muoiono. Le nuove stelle nascono quando dense nubi di
gas e polvere interstellare vengono compresse dai bracci della galassia o da perturbazioni
derivanti da esplosioni di supernove vicine.
Purtroppo, però, non è possibile osservare la
nascita di una stella in diretta! La polvere si
addensa intorno e impedisce alla luce di uscire
perché i granelli sono delle stesse dimensioni
della lunghezza d'onda delle radiazioni visibili e
pertanto
la
assorbono
e
diffondono
efficacemente, nascondendo ciò che avviene
all'interno.
Tuttavia le onde radio sono in grado di passare
attraverso la polvere e di rivelarci le fasi iniziali
della nascita di una stella: le nubi dense
mostrano la presenza di molecole, come come il
monossido di carbonio, che altrimenti, non
protette dalla polvere, verrebbero distrutte dalla
radiazione ultravioletta delle altre stelle. Per questo, le nubi dove stanno per nascere
nuove stelle vengono chiamate "nubi molecolari".
Nelle nubi molecolari la temperatura si aggira inizialmente sui 10 K e la polvere comincia a
emettere nell'infrarosso man mano che il gas collassa sotto l'azione della gravità. Pertanto
la nascita della protostella può esser seguita con telescopi infrarossi, anche se il formarsi
della stella vera e propria, ovvero il momento in cui inizia la fusione nucleare, passa quasi
inosservato. Ben presto però la radiazione liberata spazza via la nube, svelando la stella
neonata e rendendo luminoso il gas e la polvere circostante, che appare come una
nebulosa. E la nube sospinta tornerà ad addensarsi formando anche un milione di stelle!
Una delle sedi più note di formazione stellare è attualmente la regione di Orione (il
cacciatore), ove alcune delle stelle più brillanti del cielo formano l'omonima costellazione.
Guardando verso Orione volgiamo lo
sguardo verso il braccio locale della
spirale della nostra Galassia.
Betelgeuse, una gigante rossa vicina
individua una delle spalle del cacciatore,
tre stelle luminose ne formano la cintura e
la brillante azzurra Rigel ne chiude la
tunica.
Più lontano, nella zona della cintura e
della spada del cacciatore si trova un folto
gruppo di stelle giovani. A giudicare
dall'età che mostrano la formazione
stellare è partita in alto a destra della
cintura circa 12 milioni di anni fa ed è
proseguita con le massicce stelle della cintura 8 milioni di anni fa, fino alle più giovani della
spada che hanno solo 2 milioni di anni.
L'anello di Barnard, formato da gas caldo e brillante nella luce rossa emessa dall'idrogeno,
si estende per 300 anni luce ed è l'involucro, che si è espanso per due milioni di anni,
soffiato via dalle stelle giovani della spada.
Due nebulose luminose partono dalla cintura: la nebulosa Testa di Cavallo, vicina alla
cintura stessa e quella di Orione più in basso nella spada. In essa, a 1500 anni luce da
noi, i telescopi infrarossi hanno scoperto la più famosa "nursery" di stelle della galassia,
svelando perfino sistemi planetari in formazione!
La nebulosa di Orione (M42) è quella più grande e luminosa, al di sotto di una più piccola
e rotonda chiamata M43, illuminata
soprattutto dalla brillante stella centrale,
Nu Orionis, che irradia come migliaia di
Soli. La nebulosa di Orione è centrata
invece su gruppo di quattro giovani stelle,
chiamate il Trapezio, che si fanno largo tra
la polvere circostante.
La stella più
intensa è quella più in basso, chiamata
Theta
1C,
con
una
temperatura
superficiale di 40.000 K e una corona che
brilla un milione di volte più di quella del
Sole.
E' questa stella la responsabile principale
della luce e del riscaldamento di tutta la nebulosa di Orione!
La polvere e il gas circostante si addensa e si riscalda, emettendo nell'infrarosso. In
queste nubi infrarosse ci si imbatte in stelle giovanissime con età di qualche migliaio di
anni circondate da dischi protoplanetari o altre ancora, circondate da uno strato quasi
impenetrabile di polvere, che emettono potenti getti di gas!
Guardando invece verso la cintura ci si imbatte in un altro spettacolo meraviglioso. Le nubi
molecolari sono dense e oscure. Talvolta però capita di poterle rivelare, cogliendone la
silhouette contro uno sfondo luminoso!
Nell'immagine, ruotata di 90° in senso antiorario, la nebulosa si staglia nella parte inferiore
contro una diffusa luminosità rossa, nascondendo parzialmente le stelle retrostanti. La
stella splendente a sinistra è Alnitak (Z-Orionis), che è la più bassa della cintura, e non ha
niente a che fare con il resto perché a noi più vicina, mentre la nebulosa visibile sotto
Alnitak è una regione di formazione stellare, parzialmente nascosta dalla polvere. La luce
che illumina la scena principale
proviene invece da Sigma Orionis, in
alto nell'immagine ruotata, ma in realtà
al di sotto della cintura, una gigante blu
con una temperatura superficiale di
30.000 K! La potente radiazione
ultravioletta che emette fa evaporare e
brillare l'idrogeno della nube della sua
luce rossa caratteristica.
Le regioni bluastre sono invece zone
ove la polvere diffonde la luce,
restituendola nelle componenti più
facilmente diffuse, come avviene del
resto quando il pulviscolo atmosferico rende il nostro cielo azzurro.
La famosa Testa di Cavallo che si erge fiera fa parte della nube opaca che si trova davanti
e resiste alla erosione della radiazione ultravioletta. Dal naso alla criniera misura 3 anni
luce, ovvero quasi quanto la distanza tra il Sole e la stella più vicina!
Le stelle della cintura di Orione puntano verso
l'alto indicandoci un altro gruppo di stelle blu,
l'ammasso delle Pleiadi, al di là della
costellazione del Toro. Le Pleiadi, registrate
dagli astronomi cinesi dal 2357 a.C.,
rappresentano uno dei pochi riferimenti
astronomici che appaiono perfino nella Bibbia,
ove si narra che Dio chiese a Giobbe: "Puoi tu
incatenare i dolci influssi delle Pleiadi?". Presso
i Greci rappresentavano le Sette Sorelle. In
realtà l'ammasso ne conta circa 300! Gli
astronomi hanno datato l'ammasso, stimando
una età di 70 milioni di anni. Eppure l'ammasso
è ancora immerso in una tenue nebulosa che diffonde nel blu. La soluzione del paradosso
è stata trovata esaminando l'ammasso nell'infrarosso e realizzando che, dopo la loro
formazione le Pleiadi lasciarono la nebulosa originale, ma pochi milioni di anni fa vennero
investite da una nube interstellare i cui grani di polvere oggi diffondono la luce, mentre
l'ammasso lascia in essa, come una nave che la solca, una lunga scia priva di polvere.
Il destino di una stella
A determinare la durata di stella è soprattutto la sua massa. Stelle molto più massicce del
Sole bruciano più in fretta l'idrogeno ed hanno vita più breve. Le giganti blu sono le
"Ferrari" delle stelle e la loro esistenza è solo dell'ordine di milioni di anni, al confronto
delle stelle piccole e gialle come il nostro Sole che ha una vita complessiva di circa dieci
miliardi di anni.
Quando l'idrogeno del nocciolo comincia a esaurirsi e la produzione di energia nucleare
diminuisce, la contrazione riprende e la temperatura
interna aumenta fino a innescare nuove reazioni
nucleari, che coinvolgono con modalità diverse l'idrogeno
rimanente procedendo verso gli strati più esterni. La
stella quindi si gonfia diventando una "gigante rossa" ed
esce così dalla sequenza principale vivendo una
seconda fase di relativa stabilità che si interrompe
quando l'idrogeno si esaurisce del tutto.
A questo punto la stella entra nella sua fase finale, in cui
il destino ultimo dipenderà solo dalla sua massa.
Fino al valore di 1,44 masse solari (limite di
Chandrasekar) la temperatura del nocciolo cresce
progressivamente fino a innescare la fusione dei nuclei
di elio, ma in questa fase diventa instabile. La pressione
di radiazione prevale e soffia via nello spazio gli strati più
esterni della stella, originando le artistiche nebulose planetarie, ovvero nubi spesso
sferiche di gas che emettono radiazione elettromagnetica e che circondano il residuo della
stella, una piccolissima e caldissima "nana bianca" che emette nell’ultravioletto
riscaldando la nebulosa.
Le recenti immagini di Hubble hanno rivelato l'esistenza di nebulose planetarie di
eccezionale bellezza con una forma sorprendentemente complessa, probabilmente
generate da campi magnetici che incanalano
il vento, originando incredibili strutture a
clessidra!
Il Sole ha ancora da vivere quattro o cinque
miliardi di anni. L'evoluzione finale lo porterà,
dopo le fasi di gigante rossa e di nana
bianca, a smettere di emettere luce in
maniera apprezzabile. Gradualmente esso
diventerà una nana bruna, cioè una stella
molto fredda che si estinguerà lentamente.
Ma sicuramente non ci sarà più nessuno di
noi ad assistere alla sua fine.
Invece le stelle con masse superiori a 6-8
masse solari attraversano dapprima una fase
di gigante rossa, in cui bruciano tutto l'elio disponibile e poi via via elementi più pesanti
passando rapidamente dal carbonio, all'ossigeno, al silicio arrivando per ultimo al ferro,
che non è in grado di sostenere la fusione nucleare.
A questo punto il nucleo crolla su sé stesso in una densissimo e piccolissimo oggetto di
pochi Km di diametro e l'energia prodotta dal collasso si propaga verso l'esterno in modo
catastrofico, provocando una gigantesca esplosione di supernova di tipo II, visibile per
giorni anche con la luce del mattino e lasciando come resto una stella di neutroni o
"pulsar" , che ruota vorticosamente su se stessa emettendo in modo pulsante onde
elettromagnetiche.
La nebulosa del Granchio consiste appunto nei
resti di una supernova, avvistata dagli
astronomi cinesi nel 1054 e rimasta visibile
anche di giorno per tre settimane, distante da
noi 6500 a.l. e che si è potuta espandere da
allora per 15 a.l.
La pulsar al suo centro è una spaventosa
trottola che ruota su sé stessa 30 volte al
secondo emettendo due fasci pulsanti di onde
radio, X , gamma e perfino più debolmente nel
visibile. Le pulsazioni si originano perché
essendo i fasci direzionati, la pulsar
rappresenta l'equivalente cosmico di un faro!
Esiste un limite per la massa di questi oggetti,
oltre il quale essi continuano a contrarsi fino a diventare un buco nero, oggetto talmente
denso dal quale neanche la luce può sfuggire.
Il centro della Via Lattea si trova a 25.000 anni luce da noi in direzione del Sagittario. Lì,
molto vicino al centro galattico gli astronomi hanno scoperto una intensa emissione
gamma che indica l'annichilazione elettrone-positrone. Qualcosa di spaventosamente
energetico tra producendo antimateria al tasso di un milione di tonnellate al secondo!
Il Grande Annichilatore è molto probabilmente un buco nero di 10 masse solari che sta
emettendo due lunghi getti e attirando materia dal suo intorno, funzionando come un
enorme acceleratore di particelle e creando antimateria che poi si annichila con la materia
ordinaria. L'osservazione infrarossa permette di superare l'ostacolo della polvere: nel
cuore della Via Lattea appare una concentrazione incredibile di stelle: nei 10 a.l. centrali
ve ne sono 10 milioni! Ma è l'osservazione radio che mostra strani segni di attività proprio
nel centro esatto della Via Lattea. I gas vi ruotano intorno come se risentissero
dell'attrazione di qualcosa come 3 milioni di masse solari! Un'unica intensissima sorgente
radio compatta e immobile occupa il centro esatto della galassia: Sagittarius A *.
Con ogni probabilità Sagittarius A* è la tana del mostro nascosto: un buco nero di 3 milioni
di masse solari, con un disco di gas che vi orbita attorno!
Bibliografia essenziale:
Henbest, Marten - La nuova astronomia - Hoepli
Balick, Frank - Morte straordinaria di una stella qualunque (Le Scienze, Luglio 2004)
