Figli delle stelle
Il cielo sopra e dentro di noi

Aniello Mennella
Università degli Studi di Milano

Milano, 30 ottobre 2...
Un mare di stelle
La GALASSIA infatti non è altro che un
ammasso di innumerabili stelle
disseminate a mucchi; ché in qualunque
parte di essa...
Le stelle vivono?
• Le stelle non sono eterne. Nascono, giungono
a maturità, invecchiano e muoiono
• La loro morte è proli...
La culla delle stelle

• Gli ingredienti per la nascita di una stella:
●
●

Polvere interstellare

●

Gravità

●
La culla delle stelle
• Ci sono due ambienti adatti alla formazione di stelle:
●
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Nubi molecolari giganti e fredde (~10 ...
La nebulosa di Orione. Una
nube molecolare a circa
1000 anni luce dalla Terra
I dischi protoplanetari (proplyds)
rivelati dal telescopio spaziale
Hubble
Protostelle e protopianeti
• La materia dal disco di
accrescimento cade sulla
stella, riscaldandosi per
effetto della pres...
(nana rossa)

Immagine nel visibile
(perché il colore è blu?)

Immagine nell'infrarosso

(nana gialla)
Mondi alieni
• Il 6 ottobre 1995 si scopre il
primo pianeta extrasolare.

51 Pegasi

• Scoperto mediante
l'osservazione di...
Mondi alieni

51 Pegasi
Mondi alieni

51 Pegasi
Mondi alieni

I dati mostrano che nella maggior parte
dei casi i pianeti sono dei giganti gassosi
che orbitano molto vicin...
Un'altra Terra?
• Le condizioni per l'esistenza di un mondo abitabile sono rare,
ma le stelle sono tante
• La sonda Kepler...
I destini di una stella
Il diagramma di HertzprungRussel
• Il diagramma di HertzprungRussel identifica temperatura e
luminosità delle stelle nelle...
La luminosità è legata alla massa

Sole
Conoscere le stelle: il Sole
• Composizione: Idrogeno (~73%), Elio (~25%),
altri elementi (~1%)
L'interno del Sole e il suo motore:
la fusione
Temperatura superficiale:
~ 5700 gradi

Temperatura interna:
~15 milioni di...
L'interno del Sole e il suo motore:
la fusione
Temperatura superficiale:
~ 5700 gradi

In stelle più massive del sole un a...
Perché il sole non esplode?
• La stabilità del Sole risulta dall'equilibrio fra tre fattori:
➔La

forza di gravità (collas...
Il Sole a multifrequenza (UV e vis.)
osservato dal satellite SOHO
Vecchiaia

• Per tutte le stelle arriva il giorno in cui tutto l'idrogeno del
nucleo è stato convertito in elio
• Non più ...
Nel nucleo: fusione Elio → Carbonio + Ossigeno
Negli strati esterni al nucleo: fusione Idrogeno → Elio
Le nuove reazioni di fusione fanno espandere la stella
Negli strati esterni al nucleo: fusione Idrogeno → Elio
Morte
• Stelle piccole (< 5 volte il sole): espulsione del
guscio -> nebulosa planetaria -> nana bianca

• Stelle medie (d...
Helix Nebula
Eight burst nebula
Owl nebula
• Al centro della nebulosa rimane una nana bianca, una stella di
carbonio in estrema rotazione, estremamente densa delle
d...
Supernove, il canto del cigno
• Se la stella è molto massiva, il nucleo di carbonio degenere non
riesce a rimanere stabile...
Stella di neutroni
• Le stelle di neutroni sono un
preziosissimo laboratorio di
relatività generale e fisica
fondamentale
• Caratterizzate da...
• Le stelle di neutroni sono un
preziosissimo laboratorio di
relatività generale e fisica
fondamentale
• Caratterizzate da...
Stella di neutroni
Nove e supernove Ia
nane bianche in azione

• Quando una nana bianca orbita vicino a una gigante rossa la
gravità trasferi...
Nove e supernove Ia
nane bianche in azione
• Se la massa della nana bianca supera circa 1.5
masse solari il nucleo collass...
I buchi neri
l'ultima frontiera delle stelle massiccie

Se la massa del nucleo di una stella collassata supera circa 4.5
m...
I buchi neri e la relatività generale
Nella relatività generale la gravità non è una forza generata da una
massa ma è la m...
I buchi neri e la relatività generale
Le lenti gravitazionali, un esempio dell'effetto della gravità sulla
luce
Abell 2218...
I buchi neri e la relatività generale
Le lenti gravitazionali, un esempio dell'effetto della gravità sulla
luce
Galassia a...
I buchi neri e la relatività generale
Le lenti gravitazionali, un esempio dell'effetto della gravità sulla
luce
Quasar a 8...
Come possiamo vedere un buco
nero?
• Un buco nero è invisibile per definizione
• Possiamo rivelarne la presenza in due mod...
Cygnus X-1, un possibile buco
nero a 6 anni luce da noi
• Sistema formato da un oggetto
compatto, invisibile tranne che ne...
Cygnus X-1, un possibile buco
nero a 6 anni luce da noi
• Sistema formato da un oggetto
compatto, invisibile tranne che ne...
Il centro oscuro della nostra
galassia
0,1 anni luce
0,1 anni luce

●

Le stelle ruotano attorno al centro alla
velocità di migliaia di Km/s

●

La massa necessaria è più di 1...
a che tante facelle ?
che fa l'aria infinita, e quel profondo
infinito seren? che vuol dir questa
solitudine immensa? ed i...
Forse s'avess'io l'ale
da volar su le nubi,
e noverar le stelle ad una ad una ,
o come il tuono errar di giogo in giogo,
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Lezione sull'evoluzione stellare effettuata presso il Liceo Carrel (Milano) il 30 ottobre 2013

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  • Titolo: Nuotare nell&apos;infinito
    Parte 0:Due storie (10 minuti)
    Parte 1: Un mare di stelle (15 minuti)
    Parte II: Isole nell&apos;Universo (10 minuti)
    Parte III: (10 minuti)
  • Figli delle stelle

    1. 1. Figli delle stelle Il cielo sopra e dentro di noi Aniello Mennella Università degli Studi di Milano Milano, 30 ottobre 2012
    2. 2. Un mare di stelle
    3. 3. La GALASSIA infatti non è altro che un ammasso di innumerabili stelle disseminate a mucchi; ché in qualunque parte di essa si diriga il cannocchiale, subito si offre alla vista un grandissimo numero di stelle, parecchie delle quali si vedono abbastanza grandi e molto distinte, mentre la moltitudine delle più piccole è affatto inesplorabile. G. Galilei (Sidereus Nuncius)
    4. 4. Le stelle vivono? • Le stelle non sono eterne. Nascono, giungono a maturità, invecchiano e muoiono • La loro morte è prolifica, generatrice • La nostra vita è indissolubilmente legata ad essa • In un certo senso, le stelle vivono
    5. 5. La culla delle stelle • Gli ingredienti per la nascita di una stella: ● ● Polvere interstellare ● Gravità ●
    6. 6. La culla delle stelle • Ci sono due ambienti adatti alla formazione di stelle: ● ● Nubi molecolari giganti e fredde (~10 K) ● ● Piccole nubi molecolari in presenza di una forza esterna (es. una supernova)
    7. 7. La nebulosa di Orione. Una nube molecolare a circa 1000 anni luce dalla Terra
    8. 8. I dischi protoplanetari (proplyds) rivelati dal telescopio spaziale Hubble
    9. 9. Protostelle e protopianeti • La materia dal disco di accrescimento cade sulla stella, riscaldandosi per effetto della pressione sempre più elevata • Il gas ionizzato in rotazione genera campi magnetici. Parte della materia viene espulsa e ritorna nel disco di accrescimento • SI genera il vento solare che nel tempo ripulisce il disco di accrescimento dalla materia residua
    10. 10. (nana rossa) Immagine nel visibile (perché il colore è blu?) Immagine nell'infrarosso (nana gialla)
    11. 11. Mondi alieni • Il 6 ottobre 1995 si scopre il primo pianeta extrasolare. 51 Pegasi • Scoperto mediante l'osservazione di shift Doppler nella luce della stella → cambiamento nella velocità radiale • Pianeta gassoso, circa la metà di Giove, molto vicino alla stella (5% della distanza TerraSole) • Da allora sono stati scoperti quasi 800 pianeti extrasolari
    12. 12. Mondi alieni 51 Pegasi
    13. 13. Mondi alieni 51 Pegasi
    14. 14. Mondi alieni I dati mostrano che nella maggior parte dei casi i pianeti sono dei giganti gassosi che orbitano molto vicino alla stella. 51 Pegasi Il nostro sistema solare sembra essere un'eccezione, piuttosto che la regola
    15. 15. Un'altra Terra? • Le condizioni per l'esistenza di un mondo abitabile sono rare, ma le stelle sono tante • La sonda Kepler della NASA ha scoperto 156 nuovi pianeti, molti dei quali di dimensioni simili alla terra • In uno dei casi (Kepler-22b) il pianeta si trova nella cosiddetta zona di abitabilità e potrebbe avere acqua liquida e 51 Pegasi un'atmosfera stabile • • Ad oggi non ci sono ancora evidenze di pianeti realmente simili alla terra, ma l'estrapolazione dei risultati di Kepler porta ad una stima di 80 milioni circa di pianeti potenzialmente abitabili nella nostra galassia http://kepler.nasa.gov
    16. 16. I destini di una stella
    17. 17. Il diagramma di HertzprungRussel • Il diagramma di HertzprungRussel identifica temperatura e luminosità delle stelle nelle varie fasi della loro vita • La sequenza principale è la regione occupata dalle stelle durante la fase matura • Le stelle più massive sono anche le più luminose e calde, ma le meno longeve • La temperatura superficiale si può calcolare dallo spettro della luce emessa dalla stella
    18. 18. La luminosità è legata alla massa Sole
    19. 19. Conoscere le stelle: il Sole • Composizione: Idrogeno (~73%), Elio (~25%), altri elementi (~1%)
    20. 20. L'interno del Sole e il suo motore: la fusione Temperatura superficiale: ~ 5700 gradi Temperatura interna: ~15 milioni di gradi
    21. 21. L'interno del Sole e il suo motore: la fusione Temperatura superficiale: ~ 5700 gradi In stelle più massive del sole un altro meccanismo di fusione prende il sopravvento, il ciclo del carbonio, più complesso. Temperatura interna: ~15 milioni di gradi
    22. 22. Perché il sole non esplode? • La stabilità del Sole risulta dall'equilibrio fra tre fattori: ➔La forza di gravità (collasso) ➔L'agitazione termica delle particelle (esplosione) ➔La pressione di radiazione (i fotoni che migrano dal centro verso la superficie, esplosione) • I fotoni viaggiano centinaia di migliaia di anni all'interno della stella prima di propagarsi nello spazio vuoto • All'interno della stella interagiscono continuamente con il gas ionizzato perdendo energia. Nascono raggi gamma ed escono come radiazione visibile
    23. 23. Il Sole a multifrequenza (UV e vis.) osservato dal satellite SOHO
    24. 24. Vecchiaia • Per tutte le stelle arriva il giorno in cui tutto l'idrogeno del nucleo è stato convertito in elio • Non più supportata dalle reazioni nucleari la stella si contrae comprimendo ancora di più sia il nucleo di elio che gli strati più esterni di idrogeno non ancora “combusti” • Una nuova serie di reazioni si innesca dando vita ad una nuova fase della vita della stella: la sua vecchiaia
    25. 25. Nel nucleo: fusione Elio → Carbonio + Ossigeno
    26. 26. Negli strati esterni al nucleo: fusione Idrogeno → Elio
    27. 27. Le nuove reazioni di fusione fanno espandere la stella
    28. 28. Negli strati esterni al nucleo: fusione Idrogeno → Elio
    29. 29. Morte • Stelle piccole (< 5 volte il sole): espulsione del guscio -> nebulosa planetaria -> nana bianca • Stelle medie (da 5 a 10 volte il sole): esplosione supernova -> resto di supernova -> stella di neutroni • Stelle grandi più di 10 volte il sole: esplosione supernova -> resto di supernova -> buco nero
    30. 30. Helix Nebula
    31. 31. Eight burst nebula
    32. 32. Owl nebula
    33. 33. • Al centro della nebulosa rimane una nana bianca, una stella di carbonio in estrema rotazione, estremamente densa delle dimensioni di un pianeta • La nana bianca non collassa ulteriormente grazie alla pressione data dagli elettroni “degeneri”, ovvero non legati ai nuclei di carbonio, che sono quasi a contatto • Inizialmente caldissima, la nana bianca si raffredda nel corso di miliardi di anni fino a “spegnersi” completamente
    34. 34. Supernove, il canto del cigno • Se la stella è molto massiva, il nucleo di carbonio degenere non riesce a rimanere stabile e collassa • Prima si innescano reazioni di fusione a catena fino a generare un nucleo di ferro instabile • Il collasso continua fino ad un'esplosione violenta durante la quale vengono generati tutti gli elementi della tavola periodica. • I resti della stella vengono espulsi nello spazio. Al centro rimane un nucleo densissimo, in rapida rotazione, di neutroni a contatto (stella di neutroni)
    35. 35. Stella di neutroni
    36. 36. • Le stelle di neutroni sono un preziosissimo laboratorio di relatività generale e fisica fondamentale • Caratterizzate da campi gravitazionali straordinariamente intensi e emissioni di radiazione in un ampio range di frequenze • Nel 2005 l'osservazione di due pulsar gemelle hanno confermato l'esistenza di onde gravitazionali
    37. 37. • Le stelle di neutroni sono un preziosissimo laboratorio di relatività generale e fisica fondamentale • Caratterizzate da campi gravitazionali straordinariamente intensi e emissioni di radiazione in un ampio range di frequenze • Nel 2005 l'osservazione di due pulsar gemelle hanno confermato l'esistenza di onde gravitazionali
    38. 38. Stella di neutroni
    39. 39. Nove e supernove Ia nane bianche in azione • Quando una nana bianca orbita vicino a una gigante rossa la gravità trasferisce materia dalla gigante alla nana. • Sulla superficie della nana bianca avvengono esplosioni nucleari causate dalla fusione dell'idrogeno in elio: la stella si “riaccende” periodicamente. • Questi sistemi vengono chiamati “variabili cataclismiche” o anche “novae”
    40. 40. Nove e supernove Ia nane bianche in azione • Se la massa della nana bianca supera circa 1.5 masse solari il nucleo collassa • La stella esplode come supernova. • Questo tipo di supernove (denominate di tipo 1a) sono fondamentali per la misura delle distanze di oggetti molto distanti
    41. 41. I buchi neri l'ultima frontiera delle stelle massiccie Se la massa del nucleo di una stella collassata supera circa 4.5 masse solari anche una stella di neutroni non è più stabile L'esplosione di una supernova fa collassare il nucleo in quello che viene chiamato un buco nero, una regione dello spazio-tempo di dimensioni vitualmente nulle e densità infinita Qualunque oggetto, e anche la luce, che si avvicini oltre un certo limite al buco nero (l'orizzonte degli eventi) non ne può più uscire
    42. 42. I buchi neri e la relatività generale Nella relatività generale la gravità non è una forza generata da una massa ma è la massa che incurva lo spazio. Nei loro movimenti i corpi e anche la luce non seguono più una linea retta
    43. 43. I buchi neri e la relatività generale Le lenti gravitazionali, un esempio dell'effetto della gravità sulla luce Abell 2218 (2 miliardi di anni luce)
    44. 44. I buchi neri e la relatività generale Le lenti gravitazionali, un esempio dell'effetto della gravità sulla luce Galassia a 400 milioni di anni luce
    45. 45. I buchi neri e la relatività generale Le lenti gravitazionali, un esempio dell'effetto della gravità sulla luce Quasar a 8 miliardi di anni luce
    46. 46. Come possiamo vedere un buco nero? • Un buco nero è invisibile per definizione • Possiamo rivelarne la presenza in due modi ● ● Quando della materia “cade” nel buco nero emette radiazione X prima di entrare nell'orizzonte degli eventi Dalle orbite di corpi celesti che orbitano attorno a un buco nero
    47. 47. Cygnus X-1, un possibile buco nero a 6 anni luce da noi • Sistema formato da un oggetto compatto, invisibile tranne che nell'X e da una supergigante blu • Osservato per la prima volta nel 1964 da un razzo spaziale • Candidato a essere un buco nero che accresce la sua massa a spese della stella gigante Cygnus-X1 nei raggi X
    48. 48. Cygnus X-1, un possibile buco nero a 6 anni luce da noi • Sistema formato da un oggetto compatto, invisibile tranne che nell'X e da una supergigante blu • Osservato per la prima volta nel 1964 da un razzo spaziale • Candidato a essere un buco nero che accresce la sua massa a spese della stella gigante
    49. 49. Il centro oscuro della nostra galassia
    50. 50. 0,1 anni luce
    51. 51. 0,1 anni luce ● Le stelle ruotano attorno al centro alla velocità di migliaia di Km/s ● La massa necessaria è più di 1 milione di soli. E' un buco nero
    52. 52. a che tante facelle ? che fa l'aria infinita, e quel profondo infinito seren? che vuol dir questa solitudine immensa? ed io che sono?
    53. 53. Forse s'avess'io l'ale da volar su le nubi, e noverar le stelle ad una ad una , o come il tuono errar di giogo in giogo, piú felice sarei

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