A star is born!

Se vi state chiedendo se questo articolo è una recensione del recente film di Bradley Cooper, la risposta è no. Però, non disperate, vedremo qualcosa di molto più interessante (almeno credo).

Vedremo come nascono quei puntini luminosi visibili nel cielo che da sempre hanno attirato l’attenzione dell’uomo, le stelle.

Ma cosa si intende quando si parla di stelle?

Affinché un corpo celeste possa essere definito stella, esso deve soddisfare due semplici condizioni:

– i suoi costituenti devono essere tenuti insieme dalla forza di gravità;

– l’energia emessa deve essere generata da processi di fusione nucleare interni.

Rappresentazione di una nebulosa [di WikiImages, Pixabay]

Le fabbriche delle stelle

Iniziamo con una buona notizia. Una stella non può formarsi ovunque nell’Universo, ma solo in particolari zone, dette nebulose, dove la materia prima abbonda e si trova nelle giuste condizioni (poi vedremo quali). La nebulosa di Orione, la più vicina al Sistema Solare, si trova a circa 1340 anni luce (un anno luce è la distanza percorsa dalla luce in un anno, quindi 1340 a.l. ≈ 1,27 ∙ 10^16 km).

Quindi, non preoccupatevi! Non c’è alcun rischio di morire bruciati da una nuova stella che potrebbe nascere nei dintorni della Terra.

Le nebulose sono zone dove gas (principalmente idrogeno ed elio) e polveri hanno concentrazioni più elevate rispetto al comune mezzo interstellare. A volte nelle nebulose è possibile trovare traccia anche di elementi più pesanti, derivanti da supernovae, ossia esplosioni di stelle di massa molto grande che liberano nello spazio interstellare enormi quantità di energia e di materia.

Come tutti i buoni fisici fanno, dato un sistema, analizziamo le principali forze in gioco:

Avendo un insieme di “particelle” dotate di massa, sarà presente la forza gravitazionale, che tenderà a far collassare la nebulosa;

Queste particelle si trovano a una certa temperatura e, quindi, esercitano una certa pressione, il cui effetto è opposto a quello della forza gravitazionale. Questa forza è però trascurabile inizialmente, a causa delle basse temperature cui si trova la nebulosa (~ 10 K = -263°C);

La nebulosa è anche in rotazione, e come effetto si ha la comparsa di una forza centrifuga sulle particelle. Anche tale forza si oppone al collasso della nebulosa ma, anche in questo caso, l’effetto è trascurabile a causa delle basse velocità di rotazione.

La presenza di campi magnetici (che agiscono solo sulle particelle cariche) si manifesta come pressione magnetica, opponendosi anche in questo caso al collasso della nebulosa. Il sistema che stiamo analizzando è quindi abbastanza complesso.

Tuttavia, esiste un semplice (ma inaccurato) criterio per stabilire la massa minima che la nebulosa deve avere per poter iniziare il collasso. Questo è il criterio di Jeans, basato sul fatto che la nebulosa potrà iniziare la fase di contrazione quando|EGR| > 2 EK dove EGR è l’energia gravitazionale del sistema ed EK è l’energia cinetica (legata al moto di agitazione termica delle particelle).

Da qui deriva che la massa minima per l’inizio della fase di contrazione, detta massa di Jeans, è MJ = ∛(5kBT/Gμmp) ✕ √(3/4πρ0) dove mp è la massa molecolare (in kg) della specie presente nella nebulosa e ρ0 è la densità iniziale della nebulosa.

Una volta che la nebulosa ha raggiunto questa massa, è sufficiente una piccola perturbazione per innescare il collasso.

Valori tipici di masse di Jeans per le nebulose sono circa 1000 – 10000 masse solari. La nebulosa inizia quindi a contrarsi e… il resto alla prossima puntata. 

Ehi! Aspetta un attimo! 

NOI viviamo in una nube di gas, la nostra atmosfera. Dobbiamo quindi aspettarci un possibile collasso di questa?

Potete dormire sonni tranquilli. Infatti, calcolando la massa di Jeans per la nostra atmosfera nel “peggiore” dei casi (densità dei gas pari alla densità dell’aria a livello del mare), si ottiene un valore MJ=1,50×10^23 kg, mentre la massa della nostra atmosfera è “solo” Matm=5,15×10^18 kg.

…Stay tuned!

_

Andrea Marangoni Laureato in Fisica, sto terminando la laurea magistrale in Fisica ad indirizzo teorico presso l’Università degli Studi di Padova.Appassionato di scienza fin da bambino, tifoso della Juventus, nel tempo libero mi piace dedicarmi all’attività fisica. “I’m just a mad man in a box”.

Fonti:

  • Phillips A. C., The Physics of Stars, John Wiley & Sons, 1994;
  • Prialnik D., An Introduction to the Theory of Stellar Structure and Evolution, Cambridge University Press, 2000;
  • https://www.scientificamerican.com/article/how-is-a-star-born/?redirect=1.

Lascia un commento

Chiudi il menu