Entrare in una stella per vedere come funziona

Le stelle hanno sempre incuriosito le persone, probabilmente dal momento in cui il nostro primo antenato uscì e guardò il cielo notturno. Usciamo ancora di notte, quando possiamo, e guardiamo in alto, interrogandoci su quegli oggetti scintillanti. Scientificamente, sono la base della scienza dell’astronomia, che è lo studio delle stelle (e delle loro galassie). Le stelle giocano un ruolo di primo piano nei film di fantascienza, nei programmi TV e nei videogiochi come sfondi per i racconti di avventura. Allora, cosa sono questi punti di luce scintillanti che sembrano essere disposti in schemi attraverso il cielo notturno?  

Le stelle sono più che semplici oggetti nel cielo. Ci insegnano il funzionamento dell’universo, dalle prime stelle a quelle attuali. Le persone usano da tempo mappe stellari come questa per orientarsi nel cielo di notte. Le stelle sono anche utili aiuti alla navigazione per i marinai e per gli astronomi.
Carolyn Collins Petersen

Stelle nella galassia

Ci sono migliaia di stelle visibili dalla Terra, in particolare se osserviamo in un’area di osservazione del cielo molto buia). Tuttavia, solo nella Via Lattea, ce ne sono centinaia di milioni, non tutti visibili alle persone sulla Terra. La Via Millky non è solo la casa di tutte quelle stelle, ma contiene “vivai stellari” dove le stelle appena nate vengono schiuse in nuvole di gas e polvere.

Tutte le stelle sono molto, molto lontane, tranne il Sole. Il resto è al di fuori del nostro sistema solare. Quello più vicino a noi si chiama Proxima Centauri e si trova a 4.2 anni luce di distanza. 

Una vista dal telescopio spaziale Hubble di Proxima Centauri.
NASA / ESA / STScI

La maggior parte degli astronomi che hanno osservato per un po ‘iniziano a notare che alcune stelle sono più luminose di altre. Molti sembrano anche avere un colore tenue. Alcuni sembrano blu, altri bianchi e altri ancora deboli tonalità gialle o rossastre. Ci sono molti diversi tipi di stelle nell’universo. 

Notare i due colori leggermente diversi delle stelle che compongono Albireo, la doppia stella nel naso di Cygnus il cigno. Possono essere facilmente visti con un binocolo o un piccolo telescopio.
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Il sole è una stella

Ci crogioliamo alla luce di una stella: il sole. È diverso dai pianeti, che sono molto piccoli rispetto al Sole, e di solito sono fatti di roccia (come Terra e Marte) o gas freddi (come Giove e Saturno). Comprendendo come funziona il Sole, gli astronomi possono ottenere una visione più profonda di come funzionano tutte le stelle. Al contrario, se studiano molte altre stelle nel corso della loro vita, è possibile capire anche il futuro della nostra stella. 

La struttura a strati del Sole, la sua superficie esterna e l’atmosfera offre agli astronomi informazioni su come sono strutturate le altre stelle.
NASA 

Come funzionano le stelle

Come tutte le altre stelle dell’universo, il Sole è un’enorme sfera luminosa di gas caldo e incandescente tenuta insieme dalla sua stessa gravità. Vive nella Via Lattea, insieme a circa 400 miliardi di altre stelle. Funzionano tutti secondo lo stesso principio di base: fondono gli atomi nei loro nuclei per produrre calore e luce. È così che funziona una star.

Uno spaccato dell’interno del sole. La maggior parte delle stelle ha tipi di zone simili, compresi i nuclei in cui avviene la fusione nucleare.
NASA / MSFC

Per il Sole, questo significa che gli atomi di idrogeno vengono sbattuti l’uno contro l’altro ad alta pressione e calore. Il risultato è un atomo di elio. Quel processo di fusione rilascia calore e luce. Questo processo è chiamato “nucleosintesi stellare” ed è la fonte di molti degli elementi nell’universo più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Quindi, da stelle come il Sole, l’universo futuro otterrà elementi come il carbonio, che produrrà con l’invecchiamento. Elementi molto “pesanti”, come l’oro o il ferro, sono realizzati in stelle più massicce quando muoiono, o anche nelle collisioni catastrofiche di stelle di neutroni.

Come fa una stella a fare questa “nucleosintesi stellare” senza esplodere nel processo? La risposta: equilibrio idrostatico. Ciò significa che la gravità della massa della stella (che attira i gas verso l’interno) è bilanciata dalla pressione verso l’esterno del calore e della luce – la pressione di radiazione – creata dalla fusione nucleare che ha luogo nel nucleo.

Questa fusione è un processo naturale e richiede un’enorme quantità di energia per avviare reazioni di fusione sufficienti per bilanciare la forza di gravità in una stella. Il nucleo di una stella deve raggiungere temperature superiori a circa 10 milioni di Kelvin per iniziare a fondere l’idrogeno. Il nostro Sole, ad esempio, ha una temperatura interna di circa 15 milioni di Kelvin.

Una stella che consuma idrogeno per formare elio è chiamata stella di “sequenza principale” per tutto il tempo in cui è un oggetto che fonde idrogeno. Quando consuma tutto il suo carburante, il nucleo si contrae perché la pressione di radiazione verso l’esterno non è più sufficiente per bilanciare la forza gravitazionale. La temperatura interna aumenta (perché viene compressa) e questo gli dà abbastanza “grinta” per iniziare a fondere gli atomi di elio che iniziano in carbonio. A quel punto, la stella diventa una gigante rossa. Successivamente, quando si esaurisce il carburante e l’energia, la stella si contrae su se stessa e diventa una nana bianca.

Come muoiono le stelle

La fase successiva dell’evoluzione della stella dipende dalla sua massa perché ciò determina come andrà a finire. Una stella di piccola massa, come il nostro Sole, ha un destino diverso dalle stelle con masse più elevate. Soffierà via i suoi strati esterni, creando una nebulosa planetaria con una nana bianca nel mezzo. Gli astronomi hanno studiato molte altre stelle che hanno subito questo processo, il che offre loro una visione più approfondita di come il Sole finirà la sua vita tra pochi miliardi di anni.

Il nostro Sole potrebbe terminare la sua vita con l’aspetto della nebulosa planetaria NGC 678? Gli astronomi sospettano che potrebbe farlo bene.
ESO 

Le stelle di massa elevata, tuttavia, sono diverse dal Sole in molti modi. Vivono vite brevi e si lasciano dietro splendidi resti. Quando esploderanno come supernove, lanciano i loro elementi nello spazio. Il miglior esempio di supernova è la Nebulosa del Granchio, in Toro. Il nucleo della stella originale viene lasciato indietro mentre il resto del suo materiale viene espulso nello spazio. Alla fine, il nucleo potrebbe comprimersi per diventare una stella di neutroni o un buco nero.

Vista del telescopio spaziale Hubble del residuo di supernova della Nebulosa del Granchio.
NASA / ESA / STScI

Le stelle ci connettono con il cosmo

Le stelle esistono in miliardi di galassie in tutto l’universo. Sono una parte importante dell’evoluzione del cosmo. Sono stati i primi oggetti a formarsi più di 13 miliardi di anni fa e costituivano le prime galassie. Quando sono morti, hanno trasformato il primo cosmo. Questo perché tutti quegli elementi che formano nei loro nuclei vengono restituiti nello spazio quando le stelle muoiono. E questi elementi alla fine si combinano per formare nuove stelle, pianeti e persino la vita! Ecco perché gli astronomi spesso dicono che siamo fatti di “materia stellare”. 

A cura di Carolyn Collins Petersen.