Le stelle primordiali (3)

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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.

(Le Scienze)

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