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Le stelle e la loro evoluzione           Claudio Fazio           O.R.S.A. – Palermo
Cos’è una stella?          Da wikipedia:Una stella è un corpo celeste chebrilla di luce propria.In astronomia e astrofisic...
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La fusione nel Sole
Ma cosa sono i corpi di massa inferiore a 0,08                      masse solari?                                         ...
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L’evoluzione stellare                                   la nascita e … la crescita                                        ...
L’evoluzione stellare                                     E dopo?Massa < 0,08 masse solari        Le reazioni di fusione n...
L’evoluzione stellareLa sequenza principale: la vita (segreta?) delle stelle    Il diagramma Hertzsprung-Russell          ...
L’evoluzione stellare     Il tramonto…                       Massa tra 0,08 e 0,4                          masse solari   ...
L’evoluzione stellare     Il tramonto…                    Massa tra 0,4 e 8 masse                             solari      ...
L’evoluzione stellare   il Sole, quindi …
L’evoluzione stellare   il Sole, quindi …                 Si stima che il Sole diverrà una                 gigante rossa t...
L’evoluzione stellare     Il tramonto…                     Massa > 8 masse solari               Le stelle più massicce al ...
L’evoluzione stellare                                              La fine …Massa > 0,08 masse solari e < 8-10 masse solar...
L’evoluzione stellare                                     La fine …Massa > 8-10 masse solari    Il nucleo della stella col...
L’evoluzione stellare                                     La fine …Massa > 8-10 masse solari    Il nucleo della stella col...
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L’evoluzione stellare                 … e dopo la fine? Lo stato degenere.Massa del nucleo residuo compresa tra 1,4 e 3,8 ...
L’evoluzione stellare                 … e dopo la fine? Lo stato degenere.Massa del nucleo residuo maggiore di 3,8 masse s...
L’evoluzione stellare                              … e dopo la fine?Massa del nucleo residuo maggiore di 3,8 masse solari ...
FINE PRIMA PARTE …
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Le stelle e la loro evoluzione [modalità compatibilità]

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1° Seminario tenuto giorno 8 novembre 2011 presso la Sede dell'O.R.S.A. a Palermo

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  1. 1. Le stelle e la loro evoluzione Claudio Fazio O.R.S.A. – Palermo
  2. 2. Cos’è una stella? Da wikipedia:Una stella è un corpo celeste chebrilla di luce propria.In astronomia e astrofisica iltermine designa uno sferoideluminoso di plasma che generaenergia nel proprio nucleoattraverso processi di fusionenucleare; tale energia è irradiatanello spazio sotto forma diradiazione elettromagnetica, flussodi particelle elementari (ventostellare) e neutrini
  3. 3. Cos’è una stella?Massa: tra 0,08 e 200 masse solari ( 1 massa solare = circa 333.000 volte lamassa della Terra, cioè: 1,989 x 1031 kg Al di sotto del valore di 0,08 masse solari non si innescano reazioni di fusione nucleare dell’idrogeno. Immagine del Sole nella banda X
  4. 4. La fusione nucleare i nuclei di due o più atomi si uniscono e generano un nucleo di massa maggiore dei singoli nuclei reagenti (più neutroni liberi). La fusione di elementi fino ai numeri atomici 26 e 28 (ferro e nichel) è esoenergetica, cioè «produce» energia. Gli elementi più pesanti possono fondere anch’essi, ma la reazione è endoenergetica, cioè assorbe energia.Schema reazione Deuterio (2H) – Trizio (3H)
  5. 5. La fusione nel Sole catena protone-protone Il 91% dei processi di fusione nel Sole sono di questo tipo. Lo 0,7% della massa originaria è convertita in energia, sotto forma di raggi gamma e di neutrini rilasciati durante le reazioni individuali. Lenergia totale che si ottiene da un ramo intero è di 26,73 MeV (o, se si preferisce, 11,6 x 10-19 KWh …) Problemi: è un processo molto lento; avviene a temperature e pressioni enormi (T maggiore di 10 milioni di gradi.
  6. 6. La fusione nel Sole
  7. 7. Ma cosa sono i corpi di massa inferiore a 0,08 masse solari? Pianeti rocciosi gassosi Debole emissione di energia (banda infrarosso)emissione di energia “autogena” molto scarsa Immagini non in scala …
  8. 8. Ma cosa sono i corpi di massa inferiore a 0,08 masse solari? Nane bruneMassa maggiore di 13 masse giovianee T comprese tra 2500 K e 700 K.Nelle fasi iniziali, fusione del Deuterio edel LitioEmissione di energia (banda infrarossoe visibile) per contrazionegravitazionale. Gliese 229B, a circa 19 anni luce dal Sole, nella costellazione della Lepre. Massa compresa tra 30 e 50 volte la massa di Giove (che è circa 1 millesimo di quella del Sole e 317 volte quella della Terra) .
  9. 9. … e la storia finisce qui? Le sub-nane brune Massa minore di 13 masse gioviane e T inferiore a 700 K Non c’è fusione di Litio o Deuterio, nenche nelle fasi iniziali di vita. Emissione di energia (banda infrarosso) per contrazione gravitazionaleCha 110913-773444, a 163 anni luce dalSole, nella costellazione del Camaleonte
  10. 10. L’evoluzione stellare la nascita e … la crescita Le stelle si formano allinterno di nubi molecolari, presenti nel mezzo interstellare, La formazione di una stella ha inizio quando una nube molecolare inizia a manifestare fenomeni di instabilità gravitazionale, spesso innescati dalle onde durto di una supernova o dalla collisione tra due galassie. Il collasso gravitazionale della nube porta alla formazione di densi agglomerati di gasRappresentazione artistica della protostella e polveri oscure al cui interno si forma lascoperta nella nube oscura LDN 1014; benvisibili sono il disco di accrescimento e i getti che protostella, circondata da un disco, detto «disi dipartono dai poli della protostella accrescimento».
  11. 11. L’evoluzione stellare E dopo?Massa < 0,08 masse solari Le reazioni di fusione non si attivano. La protostella evolve in una nana brunaMassa > 0,08 masse solari e < 8 masse solari si forma una stella pre-sequenza principale, spesso circondata da un disco protoplanetarioMassa > 8 masse solari la stella raggiunge direttamente la sequenza principale senza passare per la fase di pre-sequenza
  12. 12. L’evoluzione stellareLa sequenza principale: la vita (segreta?) delle stelle Il diagramma Hertzsprung-Russell La sequenza principale è una fase di stabilità durante la quale le stelle fondono lidrogeno del proprio nucleo in elio a temperatura e pressione elevate. Le stelle trascorrono in questa fase circa il 90% della propria esistenza
  13. 13. L’evoluzione stellare Il tramonto… Massa tra 0,08 e 0,4 masse solari Finito l’idrogeno, le stelle più piccole, le nane rosse, si riscaldano per poco tempo, per poi contrarsi gradualmente in nane bianche
  14. 14. L’evoluzione stellare Il tramonto… Massa tra 0,4 e 8 masse solari Queste stelle «intermedie», finito di «bruciare» idrogeno, subiscono una serie di collassi gravitazionali, Attivano nuovi processi di fusione (elio in carbonio, ossigeno, magnesio), gradualmente si espandono e si raffreddano, assumendo di conseguenza una colorazione rossastra. La stella si trasforma in una brillante gigante rossa.
  15. 15. L’evoluzione stellare il Sole, quindi …
  16. 16. L’evoluzione stellare il Sole, quindi … Si stima che il Sole diverrà una gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni: le sue dimensioni saranno colossali (circa 200 volte quelle attuali) e il suo raggio si estenderà sino quasi al doppio dell’attuale distanza che lo separa dalla Terra (1 UA)
  17. 17. L’evoluzione stellare Il tramonto… Massa > 8 masse solari Le stelle più massicce al termine della loro vita si espandono allo stadio di supergigante rossa. In questa fase, lastro fonde lelio in carbonio e, allesaurimento di questo processo, sintetizzano altri elementi più pesanti: neon, silicio e zolfo, per terminare con il nichel-56, che decade in ferro-56. Le stelle supermassicce (>30 masse solari), dopo aver attraversato la fase instabile di variabile blu luminosa, man mano che procedono lungo il loro percorso post-sequenza principale accumulano al loro centro un grande nucleo di ferro inerte; divengono così stelle di Wolf-Rayet.
  18. 18. L’evoluzione stellare La fine …Massa > 0,08 masse solari e < 8-10 masse solari Il nucleo della stella collassa, gli strati esterni sono espulsi e si forma una nana bianca Massa > 0,08 ma Massa > 0,5 e < 8-10 < 0,5 masse solari masse solari Gli strati esterni sono espulsi inGli strati esterni sono espulsi in modo violento. Il gas emesso èmodo «non traumatico», sotto forma eccitato dalle altissime temperaturedi vento stellare ed emette luce anche nel visibile. Si forma una nebulosa planetaria. Una nana bianca ha, più o meno, le stesse dimensioni della Terra, ma densità molto più alta
  19. 19. L’evoluzione stellare La fine …Massa > 8-10 masse solari Il nucleo della stella collassa in modo «traumatico». Gli elettroni sono spinti contro i protoni, dando origine a neutroni e neutrini. L’onda d’urto generata da questo evento provoca una catastrofica esplosione. Una supernova di tipo II o di tipo Ib o Ic
  20. 20. L’evoluzione stellare La fine …Massa > 8-10 masse solari Il nucleo della stella collassa in modo «traumatico». Gli elettroni sono spinti contro i protoni, dando origine a neutroni e neutrini. L’onda d’urto generata da questo evento provoca una catastrofica esplosione. Una supernova di tipo II o di tipo Ib o Ic
  21. 21. L’evoluzione stellare La fine …Massa > 8-10 masse solari Il nucleo della stella collassa in modo «traumatico». Gli elettroni sono spinti contro i protoni, dando origine a neutroni e neutrini. L’onda d’urto generata da questo evento provoca una catastrofica esplosione. Una supernova di tipo II o di tipo Ib o Ic Nucleosintesi delle supernovae: creazione di elementi ancora più pesanti del ferro, quali oro, magnesio etc. Tali elementi sono diffusi nello spazio dall’esplosione, mentre il nucleo residuo sopravvive in uno stato altamente degenere
  22. 22. L’evoluzione stellare … e dopo la fine? Lo stato degenere.Massa del nucleo residuo compresa tra 1,4 e 3,8 masse solariSi forma una stella di neutroni (densità circa pari a 1017 kg/m3). Talvolta a taleoggetto è associata una Pulsar
  23. 23. L’evoluzione stellare … e dopo la fine? Lo stato degenere.Massa del nucleo residuo maggiore di 3,8 masse solari Nessuna forza è in grado di contrastare il collasso gravitazionale e si forma un oggetto altamente «esotico» detto buco nero stellare
  24. 24. L’evoluzione stellare … e dopo la fine?Massa del nucleo residuo maggiore di 3,8 masse solari Nessuna forza è in grado di contrastare il collasso gravitazionale e si forma un oggetto altamente «esotico» detto buco nero stellare
  25. 25. FINE PRIMA PARTE …
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