La madre e i fratelli del Sole (3)

Il Sole

Non molto tempo dopo che il Sole e i suoi fratelli si accendessero, i granelli di polvere intorno a molte di queste stelle cominciarono ad aggregarsi formando pianeti.
Fin qui niente di nuovo.

Nel nostro sistema solare la formazione dei pianeti è avvenuta con grande rapidità. Ci vollero meno di un milione di anni per formare la prima generazione di asteroidi. In buona parte grazie al decadimento dell’alluminio-26, i blocchi di roccia si riscaldarono e si differenziarono in corpi con un nucleo metallico e un mantello di silicati. I mondi rocciosi più grandi non si fecero attendere. Secondo una stima, Marte potrebbe essersi formato nel giro di 2 milioni di anni, e la Terra tra 38 milioni e 120 milioni di anni dopo il Sole.

Più o meno in quel periodo la nostra stella potrebbe aver catturato un pianeta da un astro fratello. Il Presunto Pianeta Nove, un ipotetico corpo gigante che secondo gli astronomi si nasconderebbe ai margini esterni del sistema solare, potrebbe essere un mondo cugino adottato dal Sole 100 milioni di anni dopo la propria nascita.

Perché uno scenario del genere si sia verificato, il Pianeta Nove avrebbe dovuto orbitare a grande distanza dalla sua stella originale, approssimativamente fra le 100 e le 500 unità astronomiche (lo spazio compreso tra la Terra e il Sole). Inoltre la stella avrebbe dovuto passare vicino al suo fratello Sole a circa 1500 UA. Questo tipo di incrocio stellare avviene relativamente spesso in altri sistema solari. Quindi sappiamo che è possibile.

Se i pianeti delle dimensioni di Nettuno sono comuni, è probabile che molte stelle ospitano mondi di tipo Pianeta Nove in orbite molto eccentriche, che li rendono vulnerabili al rapimento da parte di altre stelle.

Se Pianeta Nove esiste, potrebbe non essere l’unico intruso di un’altra stella a essersi unito alla famiglia del Sole. Nel 2015 alcuni scienziati hanno dimostrato che 70.000 anni fa, quando gli esseri umani stavano cominciando a lasciare l’Africa e i Neanderthal vivevano ancora, nella nube i Oort entrò un astro detto Scholz. Questa stella si avvicinò a meno di un anno luce dal Sole dando un colpo che modificò la traiettoria di alcuni corpi della Nube di Oort.
Ultimamente l’asteroide extra solare o’Oumuamua, una roccia errante, ha attraversato brevemente il sistema solare troppo velocemente per unirsi alla famiglia del Sole.

…. continua (la fine)

(Le Scienze no 599)

 

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La madre e i fratelli del Sole (2)

Il Sole

Dalla nascita di Coatlicue e dei suoi antenati, qualche decina di milioni di anni prima della formazione del Sole, nella nuvola natale della nostra stella l’attività è rimasta incessante.
Il gas è collassato e si è acceso, formando altre stelle. Quando nascevano, la pressione dei loro venti e la luce che mettevano spingeva il gas vicino verso l’esterno, provocando la nascita di ulteriori stelle. Il Sole e i suoi fratelli di nidiata.

Il Sole e suoi fratelli

Considerando Coatlicue come stella di prima generazione, la sua esplosione nel creare il nostro Sole ha generato una seconda generazione che porta informazioni della prima generazione. Si può dire che siano connesse geneticamente.

Sebbene siano nati relativamente vicini tra loro, i fratelli del Sole si sono allontanati da tempo. Nel corso degli eoni alcuni sono esplosi e sono stati dimenticati, mentre altri si sono allontanati a causa della delle lievi differenze nelle velocità con cui ruotano al centro della galassia. Le loro posizioni attuali sono quasi impossibili da abbinare alle posizioni di origine.

Nel 2014 l’astronomo Ivan Ramirez è andato in cerca dei compagni di nidiata del sole e ne ha trovato uno.
Si è partiti da una trentina di candidati scelti in base alla loro composizione chimica e direzione con cui viaggiano attraverso la Via Lattea. Si chiama HD162826 ed ha una massa circa il 15 percento maggiore di quella del Sole ed è lievemente più azzurrina.
Sebbene il Sole e il suo fratello si siano formati nella stessa regione, oggi HD162826 è a 110 anni luce di distanza nella costellazione di Ercole.

Ora il lancio del nuovo satellite Gaia permetterà una più accurata misura della luminosità e la posizione delle stelle. Ne seguirà oltre un miliardo per generare una mappa 3D più dettagliata mai realizzata della Via Lattea. Gli astronomi pensano che Gaia ci aiuterà a trovare circa la metà dei fratelli abbandonati del Sole e in questo modo potrà chiarirci le idee sull’ambiente in cui nacque la nostra stella e sul tragitto che ha percorso da allora attraverso la Via Lattea.
Oggi il Sole orbita attorno al centro della galassia a circa 200 chilometri al secondo e si pensa che finora abbia completato almeno 20 orbite intorno alla galassia.

…. continua (nascita dei pianeti)

(Le Scienze n. 599)

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La madre e i fratelli del Sole (1)

Il Sole

Gli astronomi hanno ritenuto a lungo che il Sole fosse una stella non particolarmente interessante, con una vita banale. Si sbagliavano.

Di recente si è scoperto che ha avuto una madre, degli zii, e anche svariati fratelli. Potrebbe persino aver rubato un pianeta ad uno dei fratelli.

Antenati solari.
Milioni di anni prima che il Sole si accendesse all’interno della Via Lattea, i suoi antenati dominavano questa zona della galassia. Quelle prime stelle erano a loro volta figlie di innumerevoli volte delle prime stelle della galassia, e la loro generazione era costituita da decine di migliaia di individui.
La loro vita era breve. Nel giro di qualche milione di anni dalla loro formazione, alcune di loro iniziarono a morire. Le loro scomparse violente disseminarono in questa regione galattica i primi elementi pesanti, come ferro e alluminio.
I resti di queste stelle diedero origine alle successive generazioni di stelle, tra cui gli antenati del Sole.

Ora vi domandate come gli astronomi hanno ricostruito questa storia.
Precisamente dalle briciole di materia sparse e provenienti dallo spazio. Più esattamente dall’analisi dei materiali radioattivi presenti nelle meteoriti. Uno di questi è l’alluminio-26 con una emivita di circa 730.000 anni che si trova nei meteoriti che risalgono ai primi giorni del sistema solare e che gli astronomi ritengono che abbia avuto origine da una supernova esplosa vicino al nostro Sole quando quest’ultimo si stava formando.

Questa stella avrebbe avuto una massa pari a circa 30 volte la massa del Sole. La più grande da quella parte del cosmo. Come tutte le altre stelle giganti avrebbe vissuto una vita breve ma spettacolare, esplodendo solo dopo alcuni milioni di anni dopo che si era accesa. Non solo avrebbe sintetizzato l’alluminio-26 ma, anche idrogeno, metalli pesanti ed elementi radioattivi nella nube di gas che sarebbe diventata il nostro sistema solare.

I ricercatori hanno chiamato questa stella “Coatlicue”, cioè il nome della madre del Sole secondo la cosmologia azteca.

Negli ultimi anni sono arrivati da queste parti certi metalli pesanti come l’oro, l’argento e il platino presenti sulla Terra, risalenti a circa 100 milioni di anni prima della nascita del sole. Alcune terre rare sono arrivate nella nebulosa gestazionale del Sole 30 milioni di anni prima che si formasse.
La nostra stella quindi ha avuto un lungo periodo di incubazione, con limite superiore di 30 milioni di anni.

…. continua ( il Sole e i suoi fratelli) ….

(Le Scienze n. 599)

 

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Le stelle primordiali (3)

astrofotoconcorso6
Le stelle d’oggi sono dell’ordine di grandezza del nostro Sole. Secondo le attuali conoscenze, solo il 10-15% delle stelle ha una massa maggiore di una massa solare.
Questo dipende dalla concentrazione di elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio presenti nel gas dal quale la stella si è formata.
La vita di una stella dipende dalla massa della stella. Il Sole ha una vita stimata in circa 10 miliardi di anni. Il tempo di vita di una stella di 10 Msun è di circa 30 milioni di anni.

Bene ora ci domandiamo di quali elementi erano composte le stelle primordiale e quale era la loro vita media.
Procediamo passo, passo.

La metallicità del Sole Zsun è pari a 0,0142, ovvero circa l’1,4% della massa del Sole. La restante parte del gas del Sole è composta per circa il 72% d’idrogeno e per circa il 27% di elio.

La massa di una stella che si formi dal gas primordiale, arricchito solo degli elementi chimici leggeri prodotti nel Big Bang, sarà composta per circa il 75% da idrogeno, per circa il 25% da elio e, trascurando una concentrazione molto piccola di deuterio e di litio, si può dire che abbia metallicità zero (ovvero Z = 0).
Praticamente le stelle primordiali erano composte solo di idrogeno ed elio, di cui erano formate le prime nebulose generate dal Big Bang, nessun elemento pesante.

Non avendo mai osservato una stella primordiale possiamo basarci solo sui risultati di modelli teorici che, partendo dalle condizioni fisiche che pensiamo caratterizzassero le prime regioni di formazione stellare, provano a predire le masse delle stelle risultanti.

Questi modelli suggeriscono che la stragrande maggioranza delle prime stelle dovesse avere una massa di qualche centinaia di volte maggiore della massa del Sole. Molto più grande di quella della maggioranza delle stelle che oggi osserviamo intorno a noi.

Per rimanere in equilibrio, stelle di masse così grandi hanno nuclei molto caldi e le reazioni termonucleari che avvengono al loro interno sono molto efficienti. Per questo motivo, nel giro di pochi milioni di anni, si esaurisce il combustibile nucleare e le stelle terminano la propria vita esplodendo come supernovae o collassando e trasformandosi in un buco nero.

Una stella primordiale di 100 Msun raggiunge temperature centrali di 100 milioni di gradi ma, essendo del tutto priva di carbonio, la combustione dell’idrogeno in elio si attiva solo attraverso la catena pp (catena protone-protone).

Terminato il combustibile la stella collassa su sé stessa. L’onda d’urto associata al collasso è troppo debole per indurre un’esplosione di supernova e l’intera stella collassa a buco nero.

Per stelle di massa maggiore di 260 Msun, durante il collasso le temperature all’interno del nucleo diventano così elevate da indurre la foto-disintegrazione dei nuclei. L’energia della stella viene così dispersa e il collasso non può essere arrestato, portando alla formazione di un buco nero con una massa confrontabile a quella originaria della stella.


 

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Le stelle primordiali (2)

wimps

L’evoluzione delle stelle e delle galassie dipende fortemente dalle loro proprietà fisiche e in particolare dalla loro “metallicità” e dalla loro “funzione di massa iniziale”.

Metallicità
La metallicità di una stella è una grandezza che si indica con la lettera Z e che misura la concentrazione di elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio presenti nel gas dal quale la stella si è formata.
Gli astrofisici chiamano impropriamente “metalli” tutti gli elementi più pesanti dell’elio, anche se sulla tavola periodica i metalli sono una classe di elementi chimici ben definita, che comprende l’argento, l’alluminio, il ferro, ecc. La metallicità del Sole Zsun è pari a 0,0142, ovvero circa l’1,4% della massa del Sole (che si indica con Msun)
La restante parte del gas del Sole è composta per circa il 72% d’idrogeno e per circa il 27% di elio.

La massa di una stella che si formi dal gas primordiale, arricchito solo degli elementi chimici leggeri prodotti nel Big Bang, sarà composta per circa il 75% da idrogeno, per circa il 25% da elio e, trascurando una concentrazione molto piccola di deuterio e di litio, si può dire che abbia metallicità zero (ovvero Z = 0)

Funzione di massa iniziale
La funzione di massa iniziale delle stelle descrive invece la probabilità che si formino stelle di una certa massa.
Secondo le attuali conoscenze, solo il 10-15% delle stelle ha una massa maggiore di una massa solare (1 Msun), e questa frazione diventa minore del 3-5% per masse maggiori di 10 Msun
Quindi la stragrande maggioranza delle stelle ha una massa leggermente più piccola o confrontabile con quella del Sole.
Sorpresi?

Perché è importante la metallicità e la funzione di massa nella formazione delle stelle primordiali?
Ci arriviamo piano piano.

…… segue
(la scienza è come l’alcool, va preso a piccole dosi)

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Le stelle primordiali (1)

astrofotoconcorso6

Nei primi 200 milioni di anni di evoluzione cosmica, stelle e galassie non esistevano.
L’unica sorgente di energia era la radiazione di fondo cosmico, il calore residuo del Big Bang, che all’epoca aveva una temperatura media di circa 85 Kelvin, corrispondenti a -188 gradi Celsius.
L’universo era quindi freddo, buio e relativamente noioso. Niente a che vedere con le immagini alle quali i moderni telescopi ci hanno abituati. Oggi vediamo stelle, pianeti, le suggestive regioni di formazione stellare nella nostra galassia e migliaia di galassie esterne alla nostra caratterizzate da una grande varietà di forme e colori.

È stata proprio la comparsa delle prime stelle a segnare una transizione fondamentale nella storia dell’universo. Le prime stelle attivano al loro interno la fusione termonucleare, per la prima volta dopo il Big Bang.
L’energia liberata dalla loro superficie ed emessa sotto forma di radiazione elettromagnetica illumina le regioni circostanti, riscaldando e ionizzando il gas.

L’effetto di questa radiazione sugli atomi di idrogeno, che rappresentano il 75% della massa di gas nell’universo, potrebbe avere causato la leggera distorsione della radiazione di fondo cosmico recentemente misurata. Se confermata, questa sarebbe la prima prova osservativa, anche se indiretta, dell’esistenza delle prime stelle, datandola a 180 milioni di anni dopo il Big Bang.

Come erano le stelle primordiali?
…… segue.


 

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