Il colore delle stelle – il diagramma H-R

Eccoci arrivati alle ultime risposte da dare al mio cane.
Domanda n. 5)
“Il colore delle stele dipende anche dalla loro età?”

Abbiamo visto che il colore delle stelle è strettamente legato alla “temperatura”, al suo spettro. Alla massa e alla luminosità.

Sappiamo che tutte le stelle producono energia con la loro fornace, in cui avvengono reazioni nucleari che seguono il ciclo protone- protone. Vi sono stelle più luminose e calde del Sole, che trasformano la loro materia in energia con un ritmo molto più rapido di quello della nostra stella; altre, quindi, meno calde, consumano molto più lentamente il loro “combustibile nucleare”.

Ma veniamo a noi.
Le principali tappe nella vita delle stelle sono state ricostruite dagli astronomi Hertsprung e Russel, che indipendentemente l’uno dall’altro hanno ideato un diagramma (diagramma H-R) in cui si possono collocare le varie stelle, ponendo in ascissa la loro temperatura (da cui dipende il loro colore e la loro classe spettrale) e in ordinata la luminosità (magnitudine assoluta).

Diagramma Hertzsprung-Russell

Nel diagramma H-R le stelle non si distribuiscono a caso, ma in grandissima parte si raccolgono lungo una fascia, che attraversa diagonalmente il diagramma, chiamata “sequenza principale”.

In tale sequenza le stelle risultano disposte secondo un ordine regolare, da quelle blu, più calde e con massa maggiore (50 volte quella del Sole) fino a quelle rosse, più fredde e di massa minore (1/10 di quella del Sole).

Il_diagramma_HR

Il Sole vi compare in posizione intermedia, come una stella gialla.
Al di fuori della sequenza principale. Nella parte in alto e a destra del diagramma, compaiono stelle giganti rosse: hanno la stessa temperatura superficiale, e quindi lo steso colore, di stelle della sequenza principale, ma rispetto a queste sono molto più luminose, per cui devono avere una superficie radiante, cioè che emette energia luminosa, molta più estesa. Alcune sono così grandi da essere dette supergiganti (con un diametro fino a 800 volte quello del Sole).

Un altro gruppo di stelle esterno alla sequenza principale occupa la parte in basso e verso sinistra del diagramma: tali stelle hanno lo stesso colore di quelle della sequenza principale, ma sono molto meno luminose, per cui devono essere molto più piccole e vengono dette nane bianche (anche se non sono soltanto di questo colore).

La posizione di una stella e la sua permanenza nella sequenza principale dipendono dalla massa iniziale della nebulosa da cui si è originata.

Stelle nate con grande massa diventano più calde, blu e consumano il loro idrogeno più rapidamente (nel giro di milioni di anni).
Stelle con massa piccola rimangono meno calde, rosse e sono più longeve (miliardi di anni). Le stelle gialle rimangono nella sequenza circa 10 miliardi di anni: il Sole, che ha già 5 miliardi di anni, à una stella “di mezza età”.

Quando quasi tutto l’idrogeno à ormai consumato, il nucleo di elio che si è formato, molto più denso del nucleo di idrogeno originario, finisce per collassare.

In tale processo si riscalda progressivamente fino a temperature di 100 milioni di gradi, sufficienti ad innescare nuove reazioni termonucleari, che trasformano l’elio in carbonio. Per l’alta temperatura l’involucro gassoso esterno della stella si espande enormemente: la superficie si dilata e si raffredda fino a quando non si raggiunge un nuovo equilibrio. La stella è entrata in una nuova fase e appare come una gigante rossa.

Dopo la fase di gigante rossa l’evoluzione stellare segue vie diverse a seconda della massa della stella.

Sirio A_Sirio BStelle con massa iniziale di poco inferiore a quella del Sole (Sirio B) collassano gradualmente fino a divenire corpi della dimensione della Terra; la materia che le compone si presenta con i nuclei degli atomi immersi in un mare continuo di elettroni.
Sarebbe questa l’origine delle nane bianche che sono destinate a raffreddarsi lentamente fino a trasformarsi in corpi oscuri di materia inerte (nane nere).

Le stelle con massa <0.4 M☉ hanno una vita molto lunga.
Stelle di massa notevolmente inferiore a quella del Sole M5 (< 0.2 M☉) danno origine ad una nana rossa (M5). Una nana rossa vive sulla sequenza principale per circa 600 miliardi di anni.
40 volte l’età attuale dell’universo!

Solar massStelle con massa iniziale come quella del Sole o alcune volte maggiore (0.4 M☉ < M < 8 M☉) finiscono ugualmente come nane bianche ma prima attraversano una fase particolare. Arrivate allo stadio di giganti rosse perdono i loro strati più esterni e danno origine alle nebulose planetarie. Alla fine la nebulosa scompare e la stella centrale diventa una nana bianca.

SupernovaSe la massa della stella supera di almeno una decina di volte quella del Sole (M > 8 M☉), all’esaurirsi del combustibile nucleare, il collasso gravitazionale è di così vaste proporzioni da liberare una gigantesca quantità di energia, che provoca un’immane esplosione: gran parte della stella, definita supernova, si disintegra e viene lanciata nello spazio.

PulsarSi genera così una stella di neutroni o pulsar (Mnucleo < 3 M☉) (elettroni e protoni si fondono per formare neutroni), molto piccola (20 0 30 km di diametro) e difficilmente osservabile otticamente; possiede un campo magnetico molto forte e appare a chi la osserva come una rapida pulsazione ritmica.

Lo studio teorico porta a concludere che, se la massa originaria della stella è qualche decina di volte quella del Sole (Mnucleo > 10 M☉), dopo la fase di supernova la densità continua ad aumentare e si forma un corpo sempre più piccolo, circondato da un campo gravitazionale immenso.

Buco neroE’ come se una porzione di spazio, non più grande di una decina di chilometri si trasformasse in un vortice oscuro capace di attirare entro di sé e di far scomparire qualunque corpo o particella entri nel suo raggio d’azione: neanche le radiazioni, compresa la luce, potrebbero uscirne. Per cui è molto appropriato il nome di buco nero con cui viene indicato.

Possiamo concludere, mio caro fedele amico – dico al mio cane, che è rimasto attento molto meglio di molti scolari a scuola – che il colore delle stelle varia dal bianco, al giallo, arancio, rosso, verde, blu. Ed anche nero.

Qui sotto una figura che riassume il tutto (più o meno).

starlife

Domanda n. 6)
Ci sono altri tipi di stelle?

Si – rispondo al mio amico di compagnia a quattro zampe,  una coda e un capoccione pensante – si,  ci sono stelle particolari, coppie di stelle e ciò che resta di loro che conosciamo poco.
– I sistemi binari. Il trasferimento di massa nei sistemi binari altera notevolmente il loro processo evolutivo è può condurre all’esplosione di una supernova di tipo Ia (originata dall’esplosione di una nana bianca).
– Le pulsar sono stelle di neutroni ruotanti, con forti campi magnetici.
– I Gamma Ray Burst sono esplosioni di supernove o il risultato della fusione di due stelle di neutroni.

Ma c’è del nuovo.
Nell’autunno del 2006 gli astronomi hanno osservato una esplosione che ha lasciato sbalorditi gli scienziati. La esplosione di una stella super gigante chiamata SN 2006gy nella galassia NGC 1260, distante circa 240 milioni di anni luce.

sn2006gyLa stella esplosa doveva avere dimensioni enormi, circa 150 volte quelle del nostro Sole. Non si era mai visto una cosa del genere in passato. Una esplosione mostruosa, cento volte più potente di una tipica supernova. Non esiste stella di massa maggiore.

Una esplosione talmente violenta da non formare nemmeno un buco nero.

Si pensa che le stelle di prima generazione fossero di massa enorme e che probabilmente sono esplose allo stesso modo disseminando elementi pesanti nello spazio contribuendo alla formazione di nuove generazioni di stelle e sistemi solari con maggiore probabilità di formare pianeti che contengono gli elementi essenziali per un ciclo biologico.
FINE


Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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14 risposte a Il colore delle stelle – il diagramma H-R

  1. Elisabetta Lelli ha detto:

    Senti, perdonami… (molto colloquiale/parlato); ieri, intorno alla mezzanotte, verso Sud: ho visto quasi tutti i colori dello spettro solare… ed ho visto qualcosa di “vivo”, dio mio! Non credo sia una stella, Sil… vero?
    E, in ogni caso, il cielo della scorsa notte è stato uno spettacolare incanto! L’hai notato anche tu, Sil?
    Poi; credo che stamperò i tuoi articoli, è un vero peccato non tenermeli sott’occhio anche con il pc spento🙂
    Ma che meraviglia! Non trovi anche tu, Bleff?😉

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    • bruce ha detto:

      Ad essere sincero ieri sera, causa partita di calcio in tv, ho fatto un giretto veloce veloce con Bleff sotto casa lungo il torrente Albula. Non ho alzato nemmeno la testa per aria. Quindi non ti saprei rispondere.

      Lo so è grave, mi son preso già un rimprovero da Bleff. E forse ne prenderò un altro questa sera ( altra partita, che ci vuoi fare cara Eli, noi maschietti anzichè globuli abbiamo i palloni nel sangue, così dice mia moglie. E siccome mi piace il tennis, anche le palline, le rispondo😆 ).
      Quello che hai visto forse era un satellite di passaggio. Sono puntini luminosi “costanti” che si muovono con regolarità. In questi giorni a sud c’è la Luna e ancora più in basso Venere. Forse una cometa. Chissà.

      Mi fa piacere che ritieni interessanti i miei post di astronomia/astrofisica. Mentalità aperta. Lo intuisco, da amico “che non deve chiedere”😆 ( e che non fa nulla in casa – parole sempre di mia moglie😆 )
      Un saluto e un bau bau da Bleff (traduco: simpatica Eli)
      Ciao

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      • Elisabetta Lelli ha detto:

        No… non era un satellite di passaggio. Ieri notte c’era. Ed era stupendo… Sirio? Oppure Venere… o Giove, forse… Uhm…:/

        Palloni/palline/olive ascolane… nel sangue: può darsi. Ma non faccio di tutt’erba un fascio. Esistono due categorie di uomini:
        1) Gli uomini;
        2) Tutti gli altri.

        Abbracci & Coccole (Bleff, ti amo!).
        E.

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        • bruce ha detto:

          Leonardo Sciascia li classificò diversamente😆

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          • Elisabetta Lelli ha detto:

            Eh… il grandissimo Leonardo, uomo tanto degno di portare quel nome!
            Quanta saggezza e quanta attualità, in certe sue affermazioni!
            Splendido, quel celebre discorso di don Mariano Arena all’integerrimo capitano dei carabinieri Bellodi “Parrineddu”!

            “Io ho una certa pratica del mondo; e quella che diciamo l’umanità, e ci riempiamo la bocca a dire umanità, bella parola piena di vento, la divido in cinque categorie: gli uomini, i mezz’uomini, gli ominicchi, i (con rispetto parlando) pigliainculo e i quaquaraquà… Pochissimi gli uomini; i mezz’uomini pochi, ché mi contenterei l’umanità si fermasse ai mezz’uomini… E invece no, scende ancora più in giù, agli ominicchi: che sono come i bambini che si credono grandi, scimmie che fanno le stesse mosse dei grandi…
            E ancora di più: i pigliainculo, che vanno diventando un esercito…
            E infine i quaquaraquà: che dovrebbero vivere come le anatre nelle pozzanghere, ché la loro vita non ha più senso e più espressione di quella delle anatre…
            Lei, anche se mi inchioderà su queste carte come un Cristo, lei è un uomo.”

            “Anche lei”, disse il capitano con una certa emozione.
            *
            M’hai dato un’idea per un altro articolo, Sil. Tu sei uno stimolatore di creatività, amico mio caro!
            Un abbraccio! E tante coccole all’astrofisico con la coda, il quale ha certamente un uomo per amico🙂

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          • bruce ha detto:

            Ho letto il tuo post sulla uccellagione. Anche se non ho commentato, condivido appieno.
            Il mio veterinario ‘occasionario’ è cacciatore. Non so di cosa, ma va a caccia con una gran muta di cani. Per rispetto (non so di cosa) non ho commentato (alle volte quando mi appassiono divento irruento come il mio pitbull, mi devo controllare), ci ha pensato mia figlia (delicata ma decisa).
            Ho avuto un alto dirigente come superiore (anch’io dirigente) cacciatore praticante di uccelli acquatici, con tanto di barche, appostamenti e cani. Roba grossa. Battute di caccia con amici in Argentina, paesi dell’est europeo, foce del Po.
            Inutile discutere. E’ come discutere con un politico. Servono solo leggi e poi farle rispettare.

            Un saluto anche dal mio sapiente animale con coda e testa … ben piazzata sul collo😆

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          • MARGHIAN ha detto:

            E’ vero, “uomini, mezzi uomini, omminicchi e quaqquaraqua’”😆

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  2. Elisabetta Lelli ha detto:

    Sil caro,
    il mio precedente commento è (puFF**) andato…
    […]
    dicevo, credo di aver bisogno (anche) di Lezioni di self control. Sono bravissima a perderlo, quando mi trovo (o mi intrufolo) in situazioni di scempiaggine umanamente incarnata…
    Forse ho perduto la capacità di stare zitta, o forse eccedo in sensibilità, oppure in passionalità… non so, ma mi preoccupa la mia (inadeguata? Sconveniente? irruenza. A volte mi sento sola, non “speciale”, ma sola (o asociale?). E mi sento alla stregua di una voce che riecheggia in un loop.
    Ma poi mi appoggio a me, alla mia coscienza, giudice supremo di me. E tutto riesce in qualche modo a quietarsi, almeno per un po’.
    Probabilmente ho bisogno di un sapiente animale di nome Bleff; chissà che continuando a guardare la sua testa… ben piazzata sul collo non riesca ad imparare a padroneggiare le situazioni sceme.
    Tu che ne pensi, Bleff?

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  3. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Qui c’e un bel da leggere, un “bel” anche nel senso proprio di “bello”. E c’e qualche delucidazione per me, su come una stella di “tot masse solari” possa diventare gigante rossa anziche’ stella di neutroni, ricordi?
    Conosco- non certo a memoria- il diagramma H-R, e so anche che esiste la sequenza principale a cui appartiene il Sole. Leggero’ tutto ben bene. Ciao, un salutone a Blef🙂

    Ciao Eli, anche io penso si possa trattare di un satellite (i satelliti hanno un fortissimo potere riflettente) e specie di notte te li vedi come stelle che si muovono. A me capito’ invece di vedere una stella fra le tante, in una sera d’estate, che pero’-non so come!!!- attiro’ la mia attenzione, e pensai “mo’ si spegne”. Detto fatto. Scomparve..e non c’erano nuvole! Non capisco perche’ pensai “adesso si spegne”, forse percepivo inconscaimente qualche movimento-o pulsazione-. Non aveva, almeno sembrava, nessun moto traslatorio- da est ad ovest e cose del genere- .
    In ambito ufologico (non per crederci, ma esiste anche questa materia di studio..) questi avvistamenti “poco rilevanti” vengono definiti “luci notturne”. Ecco, io vidi una “luce notturna”, spiegabile probabilmente con un satellite stesso che si allontanava da me magari in moto radiale e cioe’ nella direzione del mio sguardo. Solo che quella stellina che mi fece dire “immo’ si stùdada” -“mo si spegne”, in sardo- era allo zenit e cioe’ sopra la mia testa. Si allontanava prendendo quota in verticale un satellite? Magari non era proprio allo zenit, ed era proprioun satellite. Ciao Eli🙂

    Torno per un attimo a te, Bruce: e’ possibile assistere ad occhio nudo ^ed in pochi secondi .alla scomparsa di una stella? Non credo pero’, a pensarci bene, dato che per esempio una stella di grande massa esplode come supernova e, in decenni o secoli, si forma una nebulosa (e la contrazione del nucleo centrale si verifica dentro di essa); una stella come il Sole prima di “spegnersi” diventa “gigante rossa”, ed il passaggio di una stella da “accesa a “spenta” richiede magari molto piu’ tempo dei pochi secondi in cui io vidi quella luce “fissa” scomparire, affievolendosi…

    Marghian

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    • Elisabetta Lelli ha detto:

      Eccoti di nuovo, Marghian🙂

      Eh, sì, qui c’è veramente un bel leggere (vero, Sil? E tu, Bleff, che ne pensi?) .)

      Ho sempre pensato che il molto lontano ed il molto vicino abbiano un denominatore qualitativo comune; l’inavvicinabile della Bellezza.
      Grazie per avermi contattato da questo bellissimo ed elegante “quartiere”!

      Dolce notte a te, a Sil, a Bleff. Dolce notte alle Bellezze che mai dormono (e le ringrazio!).

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    • bruce ha detto:

      Ciao caro marghian,
      era da molto tempo che volevo scrivere questo articolo. Non ce ne è stata mai l’occasione.

      Solo ora l’ho infilato dentro questo post un po’ con la scusa di dare una risposta ad alcune domande del mio cane😆 ma soprattutto motivato dal fatto che dovevo dare “indirettamente” una risposta alla tua domanda (te ne sei accorto). Infatti ad una domanda “complicata” ci voleva una risposta chiara, semplice, ma esauriente e sufficientemente scientifica che meritava un post.

      E poi anche motivato (già da qualche tempo) dal fatto che mi diverto, sono un ottimo passatempo.

      Per quanto riguarda la tua domanda della possibilità di vedere per un istante la scomparsa di una stella, questo è avvenuto, credo, proprio per la esplosione della supernova SN 2006gy di cui ho parlato nel post. Nel passato ce ne sono state diverse, ma tutte della durata di svariati mesi. L’ultima credo nel 1600.

      Ora ho pronto un post sullo stesso genere. Poi farò qualche post di relax (non so di cosa) e successivamente un altro molto interessante sulla nostra stella.

      Tutti vedono qualcosa nel cielo, tranne che io. Eppure ho sempre il naso per aria. Che sfiga.
      Dolce notte😆

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  4. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Ho riletto d’un fiato il post. Nei numero che ho letto della rivista “l’Astronomia” compariva spesso il diagramma di Hertsprung e Russel, molto esauriente per un semplice appassionato come me di teoria astronomica- “teoria” nel senso che non uso telescopi- e che e’ risultato assai utile per gli esperti. Temperatura,massa, velocita’ orbitale, composizione intrinseca della stella fanno si’ che si abbia un vero e proprio “zoo” di stelle di varia natura e di diversa “storia evolutiva, dalla origine alla “morte” e forse, alla “rinascita” (non escludo che, in certi casi, una stella che sia esplosa come “supernova” possa avere un nucleo capace di “riaccendersi” prima di collassare “in altro modo”). Bella questa distinzione fra “giganti rosse” e “supergiganti rosse”, che diventano buchi neri o stelle di neutroni dopo la fase di “supernova”, partendo da stelle massive, a differenza di stelle di media grandezza in diametro e massa che diventano giganti rosse e poi “nane bianche” e poi “nane nere”, che appaiono dopo che si dirada la “nebulosa planetaria”.

    Dunque e’ possibile assistere “in diretta” (naturalmente tenuto conto degli “anni prima”, anni quanti anni luce l’evento dista!) alla morte di una stella, in realta’ una trasformazione- la stella e’ magari ancora bella viva ma non piu’ visibile-. Ma forse io ho visto un satellite, per quanto mi sembrasse strano che “si allontanasse in verticale”; ma questo e’ imputabile alla mia eventuale valutazione errata delle circostanze. Davvero una fortuna, se ho visto una stella spegnersi…sarebbe troppo bello, ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      La prossima stella a spegnersi sarà Betelgeuse. Gli astrofisici dicono che potrebbe esplodere anche domani, come tra qualche migliaio di anni.
      Io uno sguardo nella sua direzione ogni tanto ce lo do. Questa volta potrei avere fortuna.
      Ciao

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  5. MARGHIAN ha detto:

    Ah, non sapevo della fine imminente (rispetto ai tempi umani…un albero vive molto piu’ a lungo di noi) . “Esprimi un desiderio” quando “passa” una stella cadente. Figuriamoci quanti desideri possiamo esprimere per una vera stella che esplode🙂

    Qualcun’altro che come te lo sa.. che Betelgeuse e’ una supergigante rossa, che sara’ la prossima ad estinguresi eccetera, ma che piu’ di te e’ credulo o vuol far credere…ha postato che “nel 2012 Betelgeuze dara’ spettacolo e la Terra sara’ illuminata da due soli”. Il 2012 e’ gia’ passato, e la stella e’ ancora li’. Ciao Bruce.

    Marghian

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