Che cos'è una stella e come funziona?

Le stelle hanno sempre incuriosito le persone, probabilmente dal momento in cui il nostro primo antenato è uscito fuori e ha guardato il cielo notturno. Usciamo ancora di notte, quando possiamo, e guardiamo in alto, chiedendoci di quegli oggetti scintillanti. Scientificamente, sono la base della scienza dell'astronomia, che è lo studio delle stelle (e delle loro galassie). Le stelle svolgono ruoli di spicco nei film di fantascienza e in programmi TV e videogiochi come sfondi per racconti di avventura. Quindi, quali sono questi punti di luce scintillanti che sembrano essere disposti in schemi attraverso il cielo notturno?

Ci sono migliaia di stelle visibili a noi dalla Terra, in particolare se osserviamo in una zona di osservazione del cielo davvero buio). Tuttavia, nella sola Via Lattea, ce ne sono centinaia di milioni, non tutti visibili alle persone sulla Terra. La Via Lattea non è solo la dimora di tutte quelle stelle, contiene "vivai stellari" in cui le stelle appena nate vengono covate in nuvole di gas e polvere.

Tutte le stelle sono molto, molto lontane, tranne il sole. Il resto è al di fuori del nostro sistema solare. Il più vicino a noi si chiama Proxima Centauri, e si trova 4.2 anni luce lontano.

La maggior parte degli osservatori delle stelle che hanno osservato per un po 'iniziano a notare che alcune stelle sono più luminose di altre. Molti sembrano anche avere un colore tenue. Alcuni sembrano blu, altri bianchi e altri ancora deboli tonalità gialle o rossastre. Ci sono molti diversi tipi di stelle nell'universo.

Ci crogioliamo alla luce di una stella: il sole. È diverso dai pianeti, che sono molto piccoli rispetto al Sole e di solito sono fatti di roccia (come Terra e Marte) o gas freddi (come Giove e Saturno). Comprendendo come funziona il Sole, gli astronomi possono ottenere una visione più profonda di come funzionano tutte le stelle. Al contrario, se studiano molte altre stelle per tutta la vita, è possibile capire anche il futuro della nostra stessa stella.

Come tutte le altre stelle nell'universo, il Sole è un'enorme sfera luminosa di gas caldo e incandescente tenuto insieme dalla sua stessa gravità. Vive nella Via Lattea, insieme a circa 400 miliardi di altre stelle. Funzionano tutti secondo lo stesso principio di base: fondono gli atomi nei loro nuclei per creare calore e luce. È come funziona una stella.

Per il Sole, questo significa che gli atomi di idrogeno vengono schiacciati insieme ad alto calore e pressione. Il risultato è un atomo di elio. Quel processo di fusione rilascia calore e luce. Questo processo si chiama "nucleosintesi stellare" ed è la fonte di molti degli elementi nell'universo più pesanti dell'idrogeno e dell'elio. Quindi, da stelle come il Sole, l'universo futuro otterrà elementi come il carbonio, che produrrà con l'invecchiamento. Gli elementi molto "pesanti", come l'oro o il ferro, sono fatti con stelle più massicce quando muoiono, o anche con le catastrofiche collisioni delle stelle di neutroni.

In che modo una stella fa questa "nucleosintesi stellare" e non si fa a pezzi nel processo? La risposta: equilibrio idrostatico. Ciò significa che la gravità della massa della stella (che trascina i gas verso l'interno) è bilanciata dalla pressione esterna del calore e della luce: il radiazione pressione — creata dalla fusione nucleare che si svolge nel nucleo.

Questa fusione è un processo naturale e richiede un'enorme quantità di energia per avviare abbastanza reazioni di fusione per bilanciare la forza di gravità in una stella. Il nucleo di una stella deve raggiungere temperature superiori a circa 10 milioni di Kelvin per iniziare a fondere l'idrogeno. Il nostro Sole, ad esempio, ha una temperatura interna di circa 15 milioni di Kelvin.

Una stella che consuma idrogeno per formare elio è chiamata stella "sequenza principale" per tutto il tempo in cui è un oggetto che fonde idrogeno. Quando consuma tutto il suo combustibile, il nucleo si contrae perché la pressione di radiazione esterna non è più sufficiente per bilanciare la forza gravitazionale. La temperatura interna aumenta (perché è compressa) e questo gli dà abbastanza "grinta" per iniziare a fondere gli atomi di elio in carbonio. A quel punto, la stella diventa un gigante rosso. Più tardi, quando esaurisce il combustibile e l'energia, la stella si contrae su se stessa e diventa una nana bianca.

La fase successiva nell'evoluzione della stella dipende dalla sua massa, perché ciò impone come andrà a finire. Una stella a bassa massa, come il nostro Sole, ha un destino diverso dalle stelle con masse più alte. Soffierà i suoi strati esterni, creando una nebulosa planetaria con una nana bianca nel mezzo. Gli astronomi hanno studiato molte altre stelle che hanno subito questo processo, il che fornisce loro una visione più ampia di come il Sole finirà la sua vita tra qualche miliardo di anni.

Le stelle di grande massa, tuttavia, sono diverse dal Sole in molti modi. Vivono vite brevi e lasciano resti meravigliosi. Quando esploderanno come supernovae, faranno esplodere i loro elementi nello spazio. Il miglior esempio di supernova è la Nebulosa del Granchio, in Toro. Il nucleo della stella originale viene lasciato indietro mentre il resto del suo materiale viene fatto saltare nello spazio. Alla fine, il nucleo potrebbe comprimersi per diventare una stella di neutroni o un buco nero.

Le stelle esistono in miliardi di galassie in tutto l'universo. Sono una parte importante dell'evoluzione del cosmo. Furono i primi oggetti a formarsi più di 13 miliardi di anni fa e comprendevano le prime galassie. Quando morirono, trasformarono il primo cosmo. Questo perché tutti quegli elementi che formano nei loro nuclei ritornano nello spazio quando muoiono le stelle. E quegli elementi alla fine si combinano per formare nuove stelle, pianeti e persino vita! Ecco perché gli astronomi spesso affermano che siamo fatti di "materiale stellare".

A cura di Carolyn Collins Petersen.