domenica 14 febbraio 2016

EVOLUZIONE STELLARE E FORMAZIONE DEGLI ELEMENTI CHIMICI - parte 1

EVOLUZIONE NELLA STABILITA'

Anche se qualcuno il titolo sopra potrà forse ricordare slogan elettorali di partiti politici progressisti, in realtà esso descrive con molta precisione il comportamento del maggior parte delle stelle, la cui evoluzione passa proprio attraverso periodi lunghissimi (da milioni a miliardi di anni!) di stabilità durante i quali valori delle principali grandezze stellari quali massa, raggio, luminosità e temperatura superficiale si mantengono costanti. Chi si interessa di astronomia ben conosce la categoria delle stelle cosiddette "variabili intrinseche", la cui luminosità, raggio e temperatura variano periodicamente, con pulsazioni oscillanti attorno ad un certo valore medio, con periodo costante caratteristico per una singola stella o per un gruppo di stelle di questo tipo.

Relativamente al Sole, che per molti aspetti è una piccola, uguale a molte altre presenti nella cosiddetta "sequenza principale del diagramma HR", è noto che tale periodo di stabilità perdura del almeno da 1 miliardo di anni. A questo risultato, al contrario di quanto verrebbe da pensare, non sono pervenuti gli astronomi quanto i geologi; ad essi, infatti, si deve la scoperta di alghe fossili vecchie almeno 1 miliardo di anni e, perché queste potessero svilupparsi, la temperatura sulla Terra di allora non doveva differire più di 20° C dalla quella attuale: ciò porta quindi a concludere che la luminosità del Sole si è mantenuta praticamente costante nell'ultimo 1 miliardo di anni!

Una evidenza dell'estrema lentezza con cui variano le condizioni fisiche delle stelle proviene dallo studio di quel tipo di variabili pulsanti chiamate "cefeidi". Le osservazioni hanno infatti mostrato che i loro periodi di pulsazione, determinabili con assoluta precisione, variano nel tempo così lentamente che sono necessari almeno 1 milione di anni affinché tali variazioni siano apprezzabili: in altre parole, le condizioni interne delle cefeidi, che ne determinano le pulsazioni, rimangano invariate per almeno 1 milione di anni! E' chiaro che tale valore, che a noi appare enormemente lungo, è in realtà un periodo assai breve nelle scale temporali cosmiche, tanto da essere comparabile con le scale temporali geologiche. Se ammettiamo, infatti, che la vita attiva di un astronomo, dalla sua laurea alla pensione, duri almeno 50 anni, è allora evidente che 1 milione di anni, nello specifico, corrispondono a 2 x 10^5 vite attive di un astronomo, confronto che rende benissimo l'idea di quanto le scale temporali dell'evoluzione stellare differiscano da quelle con cui solitamente misuriamo le vicende terrene! Non è certo, questa, una novità; ma è bene anche quantificare la cosa, sempre che l'immaginazione umana riesca a "visualizzare" il valore "2 x 10
^5"...




Come già accennato, in questo quadro di stabilità non mancano però le eccezioni che costituiscono, poi, alcuni dei fenomeni più interessanti presenti nel Cosmo!


SUPERNOVAE

Tra queste, senz'altro le supernovae: stelle che, giunte nelle fasi finali della loro evoluzione, esplodono, liberando nello spazio spaventose quantità di energia (10^49 – 10^50 erg), espellendo una notevole frazione della loro massa; al momento di tale esplosione, la luminosità delle supernovae cresce di miliardi di volte - tanto da rendersi visibili in lontanissime galassie a distanze prossime a quelle dell'Universo osservabile! - per poi decrescere lentamente nel corso di alcuni mesi. Le supernovae si possono raggruppare in due tipi che differiscono fra loro sia per una serie di parametri quali massa ed età della stella al momento dell'esplosione, massa espulsa ed energia liberata durante l'esplosione che per la forma dello spettro esibito.



Tra le più studiate supernovae apparse nella Via Lattea figura certamente quella che apparve nella costellazione del Toro. E' nota con precisione la data dell'apparizione (giugno 1054) grazie alle cronache degli astronomi cinesi e giapponesi i quali - diligentemente come erano soliti fare, pena la testa - annotarono la presenza inconsueta di una stella "ospite", il cui splendore superava quello di Venere tanto da essere visibile, per alcune settimane, anche in pieno giorno, indebolendosi poco a poco nei mesi successivi. Esattamente la dove quegli astronomi orientali notarono la posizione di quella stella ospite è oggi visibile una nebulosa, per la cui singolare forma le è stato dato il nome di "nebulosa del granchio". I gas di cui essa è formata si espandono alla velocità di ben 1500 km/s; oltre questo, è nota anche con precisione la sua distanza da noi, pari a 6500 anni-luce! Simulazioni ai calcolatori rilevano che durante l'esplosione di questa supernova venne liberata tanta energia quanto ne potrebbero liberare 1024 bombe termonucleari che esplodessero contemporaneamente. La nebulosa del granchio è quindi traccia di una catastrofe cosmica di proporzioni colossali, avvenuta circa nel 5400 a.C.




La nebulosa del granchio e un oggetto che ha riservato molte sorprese, studiato in quasi tutto lo spettro elettromagnetico, dai raggi X alle onde radio e ad essa sono stati dedicati interi libri nonché numerose conferenze internazionali. E' naturale però chiedersi cosa sia rimasto della stella progenitrice, esplosa così fragorosamente. La risposta arrivò nel 1967, allorché al centro della nebulosa del granchio venne individuata una sorgente che emetteva (e continua sempre ad emettere) radiosegnali periodici di brevissima durata, esattamente ogni 0,033 secondi! Oggetti di questo tipo sono chiamati "pulsar", stelle composte esclusivamente da neutroni, con diametri davvero irrisori, prossimi ai 10 km, ma dalla densità spaventosa, pari a 10
^15 g/cm^3: superiore, quindi, alla densità della materia nei nuclei atomici. Tali stelle sono, inoltre, in rapida rotazione sul proprio asse. 


Altre supernoavae famose sono quelle osservate nel 1572 da Tyco Brahe e nel 1604 da Keplero ma dopo quest'ultima nella nostra galassia non è comparsa più alcuna supernova. Ciò non significa necessariamente che non siano esplose altre; esse potrebbero, ad esempio, non essere state visibili causa l'assorbimento interstellare o perché esplose nell'area della Galassia diametralmente opposta alla nostra posizione. Lo studio dei residui di supernovae conosciuti e l'osservazione delle innumerevoli supernovae in altre galassie a spirale simili alla nostra porta a concludere che l'intervallo di tempo fra due successivi eventi di questo tipo sia più o meno di 50 anni; c'è quindi una probabilità del 50% che almeno una supernova galattica possa apparire nella Via Lattea ed essere a noi visibile.

Altri oggetti il cui comportamento è "anomalo" rispetto al quadro di stabilità offerto dalla maggioranza delle stelle sono le novae e le variabili erratiche, fenomeni meno eclatanti delle supernovae ma delle quali è doveroso parlare.


NOVAE

Nelle novae, così come nelle supernovae, si verificano fenomeni esplosivi sia pur dimensioni notevolmente inferiori. Durante l'esplosione di una nova, la luminosità dell'oggetto aumenta centinaia di volte e viene liberata una quantità di energia che si aggira attorno ai 10
^45-10^48 erg. In seguito all'esplosione, gli strati più esterni di una nova si staccano da essa, facendo perdere alla stella una quantità di materia pari al 10^-4 - 10^-5 M☉, con conseguente formazione di un apparato nebulare attorno ad esse che si dissolve nel tempo. A differenza delle supernovae, le novae sono molto più frequenti e possono esplodere anche ripetutamente.





VARIABILI ERRATICHE

Quanto alle variabili erratiche, si tratta di stelle la cui luminosità varia così irregolarmente che è possibile stabilire qualche norma. Per alcune di esse, come ad esempio le variabili del tipo "T Tauri", la luminosità apparente può variare molto rapidamente (anche 1 magnitudine in 1 ora!) così come assai lentamente (0,1 magnitudini in 24 ore), definendo una curva di luce (grafico che riporta la luminosità apparente in funzione del tempo) assai complessa; la variabilità di queste stelle è quasi sicuramente associata alla contrazione gravitazionale che precede l'entrata nella "sequenza principale del diagramma HR".



WOLF - RAYET

Alcuni oggetti, infine, subiscono modifiche irreversibili del loro stato fisico in tempi relativamente lunghi. Questo, ad esempio, il caso delle stelle cosiddette stelle "Wolf-Rayet", tra le più calde conosciute; i loro spettri mostrano che dalle loro atmosfere fuoriesce continuamente e in cospicua quantità del materiale gassoso tanto che, in un solo anno, una stella di questo tipo può arrivare perdere anche 10^-6 - 10^-5 M☉. Proprio da questo è facile dedurre che le Wolf-Rayet sono stelle molto giovani. Poiché infatti, la massa di una stella di questo tipo si aggira attorno alle 10 M☉ (risultato ottenuto osservando le Wolf-Rayet che fanno parte dei sistemi binari), il tempo di permanenza di una stella nella fase Wolf-Rayet non può superare qualche milione di anni, piccolissimo quando comparato all'età del Sole che è vecchio di almeno 5 miliardi di anni.


Nessun commento:

Posta un commento