Impulso di una stella morta – parte seconda: le grandi esplosioni

Superati i 250.000 contatti. A loro è dedicato questo post.

La vita delle stelle, come quella di tutto l’Universo, non è eterna.
Prima o poi arriva un momento della loro lunga esistenza nella quale, ormai vecchia e indebolita, la stella perde l’energia che la tiene in vita e si avvia verso una lunga e mostruosa fine.
Ma la fine non è uguale per tutte le stelle.

galassia14

Da cosa dipende – mi domanda il mio assistente a quattro zampe

Dalla loro massa iniziale – rispondo.
Senza entrare nel dettaglio delle reazioni nucleari (vedi qui, e qui), diciamo che una stella ha il destino segnato fin dalla sua nascita.

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).

Il_diagramma_HRNel diagramma H-R le stelle non si distribuiscono a caso.

Le stelle risultano disposte secondo un ordine regolare, da quelle blu (viola), più calde e con grande massa, alle giganti rosse più fredde (arancio), fino a quelle fredde e di massa molto piccole (1/10 di quella del Sole).

Il Sole vi compare in posizione intermedia, in una fascia chiamata “sequenza principale”, come una stella gialla.

Bene, fatta questa premessa, avete capito che il nostro Sole è un po’ lo spartiacque della evoluzione e quindi della vita di una stella.

Al di sopra ci sono le stelle di grande massa: M>M☉ (M☉=massa del Sole).

Giganti rosse (formalmente arancio o rosse)
giganti rosseLe giganti rosse sono le stelle alla fase terminale della loro vita uscite fuori dalla sequenza principale. Hanno massa tra  circa 0,5 a 10 M☉.
Le temperature di superficie sono relativamente basse, tra 4 000 e 3 000 K ma anche meno. Per questo motivo le troviamo nella parte destra del diagramma.

Giganti blu
Rigel_sun_comparison
Queste stelle, estremamente rare ed enigmatiche, sono le più calde e brillanti dell’Universo conosciuto.
Al contrario delle giganti rosse le giganti blu non sono il risultato delle stelle allo stato finale della loro vita.
Sono estremamente luminose. La loro temperatura superficiale è abbastanza elevata (circa 20.000 – 50.000 K). Hanno massa maggiore anche 50 volte quella del Sole.
Vengono classificate come stelle del tipo spettrale.

Gli astronomi ritengono che tali stelle, poiché hanno una temperatura ed una densità molto elevate, abbiano una vita piuttosto breve (di qualche decina o al massimo centinaio di milioni di anni).
Le giganti blu occupano la parte sinistra del diagramma.

Al di sotto del diagramma occupato dal Sole, ci sono le stelle di piccola massa e di bassa temperatura: M<M☉
Le nane bianche, le nane rosse. (di questi parleremo più in basso)

Ma vediamo cosa succede alle stelle  quando esauriscono il loro carburante, così accontento il mio cane.


0,2 M☉<M< 0,4M☉
nana-biancaLe stelle con massa inferiore al nostro Sole 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).

nana rossaStelle di massa notevolmente inferiore a quella del Sole (M < 0.2 M☉) danno origine ad una nana rossa. Una nana rossa vive sulla sequenza principale per circa 600 miliardi di anni. 40 volte l’età attuale dell’universo!


0.4 M☉ < M < 8 M☉
nebulosa-caraffaStelle con massa iniziale come quella del Sole o alcune volte maggiore 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.


M > 8 M☉
supernova-remnantQui le cose diventano drammatiche.
All’esaurirsi del combustibile nucleare, il nucleo si contrae, l’energia gravitazionale si trasforma in energia cinetica. Gli strati esterni aumentano di luminosità e la stella entra nella fase di super-gigante rossa. Il collasso gravitazionale successivo è di così vaste proporzioni e così violento 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.

Quello che resta della supernova può dare origine a diversi residui di stelle.


M>12M☉
Stelle di neutroni
stella-di-neutroni1Una stella di neutroni è piccolissima: pur avendo una massa un pò maggiore di quella del Sole (Mnucleo < 3 M☉), il suo diametro è dell’ordine di una decina di km, difficilmente osservabile otticamente.
Possiede un campo magnetico molto forte e appare a chi la osserva come una rapida pulsazione ritmica. Elettroni e protoni si fondono per formare neutroni.

Pulsar
PulsarE’ un termine generico indicante una stella di neutroni che emette un fascio di impulsi radio ruotanti con un campo magnetico molto elevato, direzionali di radiazione e contiene più neutroni che protoni. A causa della legge di conservazione del momento angolare, la stella collassata ruota con grandissima velocità. L’origine del fascio rotante è legato al disallineamento tra l’asse di rotazione e l’asse del campo magnetico della pulsar. L’emissione radio, provenendo dai poli magnetici della stella, è confinato entro un piccolo cono di emissione e, se l’asse magnetico non e’ allineato con quello rotazionale, la stella di neutroni si comporta come una sorta di faro cosmico e un osservatore sulla Terra vedrà una sequenza rapidissima di impulsi di onde radio.

Negli anni 1970-1980, fu scoperta una nuova categoria di pulsar: le pulsar superveloci, o pulsar millisecondo che, come indica il loro nome, hanno un periodo di pochi millisecondi invece che di secondi (1.000 volte al secondo).

Magnetar
Artist’s impression of the magnetar in the star cluster WesterI magnetar sono oggetti celesti che hanno i più alti valori del campo magnetico nell’Universo.
Un magnetar è una stella di neutroni che possiede un enorme campo magnetico, milioni di miliardi di volte quello terrestre, il cui decadimento genera delle intense ed abbondanti emissioni elettromagnetiche, in particolare raggi X e raggi gamma.
L’intenso campo magnetico è generato da un effetto simile alla dinamo. Il potentissimo campo magnetico superficiale di cui sono dotati questi corpi celesti crea una sorta di attrito che, seppur in quantità modestissime, ne rallenta la velocità di rotazione. Per questo compie un giro completo intorno al suo asse in circa 9 secondi, un tempo assolutamente normale per una stella di neutroni.

Si ritiene che circa 1 supernova su 10 degeneri in una magnetar anziché in una più comune stella di neutroni o in una pulsar.

Burster a raggi X
buster a raggi xE’ una stella di neutroni con una compagna binaria di piccola massa, dalla quale estrae materia che va a cadere sulla sua superficie. La materia che cade acquista un’enorme energia, ed è irregolarmente visibile.


M>20M☉
Buco nero
buco_nero_cerchio
Dopo la fase di supernova la densità continua ad aumentare e si forma un corpo sempre più piccolo, circondato da un campo gravitazionale immenso.
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.


starlifeFermi lì, non è finita.

Quasar
QuasarStarburstI quasar non sono stelle di neutroni.
Sono qualcosa di straordinario. Sono gli oggetti più luminosi dell’universo osservabile e altrettanto i più misteriosi.
L’enorme energia emessa e le violente fiammate di un quasar sono totalmente inimmaginabili per la mente umana: un quasar di dimensioni medie potrebbe incenerire l’intero sistema solare da una distanza di qualche decina di anni luce ed emettere, considerando uno stesso intervallo di tempo, mediamente un’energia mille volte superiore a quella prodotta dall’intera Via lattea.

L’enorme luminosità dei quasar è spiegata come il risultato dell’attrito causato da gas e polveri che cadono in un buco nero super massiccio formando un disco di accrescimento, meccanismo che può convertire circa la metà della massa di un oggetto in energia.

Alle osservazioni si presentano come una intensa e confusa sorgente luminosa puntiforme che mostra un grande spostamento verso il rosso, in linea con il modello standard del Big Bang e la supposizione che i loro redshift (fenomeno di allontanamento della frequenza della stella dall’osservatore) sono dovuti principalmente all’espansione dell’universo.
Questo significa che questi oggetti sono molto distanti, maledettamente distanti.
Le prime stime attribuivano loro distanze superiori al miliardo di anni luce e ad alcuni di essi, in particolare, si arrivava addirittura a 15 miliardi di anni luce.

3C 273 è uno dei quasar più vicini a noi e il più luminoso conosciuto. Situato a 3 miliardi di anni luce, risulta più luminoso di 1000 galassie contenenti 100 miliardi di stelle ciascuna; se si trovasse alla distanza di 32 anni luce dalla Terra

Gamma ray burst (raggi gamma)
raggi gammaI raggi gamma sono le esplosioni più potenti dell’universo con emissioni di raggi gamma. Il fenomeno non è ancora del tutto chiaro.
Si pensa questi raggi siano generati da un buco nero+disco di accrescimento, ad esempio il collasso gravitazionale di una stella rotante (pulsar) e molto massiccia, la coalescenza di due stelle di neutroni o di una stella di neutroni ed un buco nero.

Il mio cane è rimasto allibito.
E voi?


Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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9 risposte a Impulso di una stella morta – parte seconda: le grandi esplosioni

  1. Rebecca Antolini ha detto:

    Buongiorno anzi buon pommerigio caro Silvano… troppo lungo questo post e anche troppo tardi per affrontare tutto questo torno domani mattina quando ho la testa libera, sono tornata adesso da un funerale e morto una zia matterna di Gianni.. insoma nonsolo le stelle muoiano anche pian piano tutti nostri parenti.. e poi alla fine tocca anche a noi.. nulla e per sempre in questo universo… Pif

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  2. bruce ha detto:

    Ah ah ah, non solo è lungo, è anche difficile da digerire😆 Insomma per stomaci forti😆
    Io considero questi post sull’universo come una piccola, ma proprio piccola “raccolta” da leggere quando serve senza andare qua e là su siti (wikipedia o altri) ben più lunghi e complicati.

    La scomparsa tocca a tutti, io mi auspico che sia poco dolorosa. Che Quello lassù non infierisca troppo😆

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    • Rebecca Antolini ha detto:

      Non poi imparare a rispondere direttamente al mio commento? Difficile da digerire (????) unariflessione dei mio post al riguardo della cucina sana e vegana???😛 Quando io leggo i tuoi post non vado a complicarmi la vita a leggere nei altri perti del web.. se arriva qualcosa di quello che scrivi nel mio minuscolo cervello sono felice di aver capito qualcosa😀 se non dico semplicemente pazienza😉
      Già la scomparsa e una cosa che si vede da per tutto.. quello lassù (se esiste) e un ignorante o sordo e cieco.. Avevo l’enessima volta l conferma quante ( cavolate racconta un prete nella messa ) mancomale vado rarissimo in chiese solo ai funerali e matrimoni.. durante i matrimoni rimango sempre fuori con la scusa che nonriesco respirare nella chiesa :D… ma per il rispetto dei morti mi sforzo e ascolto un oretta tutto questo bla bla..
      insomma se dovrebbe esistere un Dio io vorrei un essere diverso.. ma non uno che mi crea confusione nella testa…
      con Dio e un pò come con la astrofisica a volte rimago incantato a volte delluso e a volte capisc un tubo…
      riflessione di una casalinga da Verona😀

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      • bruce ha detto:

        “…insomma se dovrebbe esistere un Dio io vorrei un essere diverso….”
        Se dovesse esistere un Dio non lo vorrei immaginare come un signore burbero che incude timore, che ti devi inginocchiare quando passa tenendo gli occhi abbassati.
        Mi piacerebbe un Dio con cui …. giocare a tennis, andare in pizzeria e bere 5 litri di birra e tante alte cose del genere.😆
        E poi non mi piace dire preghiere per l’eternità.😆

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        • Rebecca Antolini ha detto:

          chi ha mai detto io avrò bisogno o voglia di pregare? .. se c’è un Dio e si fa vedere un giorno… ti chiamo e cosi andiamo bere una birra con lui… e ci facciamo spiegare tante cose😛

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          • bruce ha detto:

            Ok andiamo per la birra. Ma non sono sicuro che ci saranno spiegazione. Lui non deve dare spiegazioni a nessuno. E’ così che un giorno mi ha detto un amico.
            Nessuno ha idea di cosa si possa fare. Ma non mi piace l’idea di immaginarci immersi in una chiesa infinita con tutti lì a cantare e pregare. Immagina che noia e che barba, che barba, che noia😆

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          • Rebecca Antolini ha detto:

            ma che dici… come te lo immagini Dio… un vecchotto con la barba fino chi sa dove😀 ??? Pregare e cantare sono invenzioni delle chiese😉 … quel dio che ho in mente io e il più grande astrofisico del universo… e vedo già proprio te dialogare davanti alla birra con lui… forse alla fine ti canta lui una canzone … o magari inizia a pregare per la sua propria salvezza da TE😛

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  3. MARGHIAN ha detto:

    “Il mio cane è rimasto allibito”. Anche io..allibito dalle meraviglie dell’universo. Ciao.

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  4. MARGHIAN ha detto:

    “Una piccola “raccolta” da leggere quando serve..” ed infatti, l’ho riletto come un utile “ripasso”. Ciao.

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