mercoledì 10 aprile 2013

Cos'è una stella

La risposta a questa domanda sembra apparentemente semplice e molti risponderebbero così: "beh, una stella è un qualcosa di caldo, come il Sole insomma".
Giusto, perché il Sole è una stella. Poi solitamente guardando il cielo notturno c'è sempre qualcuno nella comitiva che dice: "Ecco, quello è Giove!". E qualcun altro: "Come hai fatto a riconoscerlo?", "Bene, vedete che a differenza degli altri puntini luminosi Giove non scintilla, quindi è un pianeta".
Questa non è la risposta alla domanda posta nel titolo di questo post, ma visto che ci siamo vediamo perché Giove (e anche gli altri pianeti) non scintilla.
Partiamo con il dire che Giove appartiene al Sistema Solare. Questo vuol dire che la distanza Giove-Sole è molto piccola rispetto alla distanza Giove-qualunquealtrastella perché, come sapete la stella più vicina è lontana 4 anni-luce (cioè la luce di quella stella impiega 4 anni per raggiungerci), quindi figurarsi le altre stelle come sono lontane!
Questo vuol dire che le altre stelle sono lontanissime e nonostante in realtà possano essere enormi, a causa di queste enormi distanze noi le riusciamo a vedere solo come puntini luminosi. Giove, essendo più vicino, invece è visibile come una piccola pallina, seppur piccola.
Ora, tra noi è il cielo infinito c'è una signora chiamata atmosfera. Questa signora non è che sta ferma immobile ad aspettare chissà cosa, piuttosto è sempre in movimento a causa di turbolenze dovute a differenze di temperatura e di condizioni tra i vari strati dell'atmosfera. Comunque il punto è che le stelle noi le vediamo come puntini. Quindi quando la luce proveniente da tali puntini arriva ad incontrare l'atmosfera, a causa della turbolenza dell'aria ci sembra che la stella cambi la sua luminosità, ovvero ci sembra di vederla scintillare. E perché con Giove non accade? Anche con Giove accade invece, ma siccome i pianeti non sono visti essere puntiformi ma hanno un diametro apparente, seppur piccolo, molto più grande di quello di qualsiasi altra stella notturna, allora per disturbare la luce proveniente da Giove sono necessarie grandi turbolenze atmosferiche mentre per le stelle bastano piccolissime turbolenze proprio a causa del loro piccolissimo diametro apparente. Comunque anche i pianeti risentono di queste turbolenze in qualche modo e il risultato si può notare magari osservando Giove con un telescopio e notando come l'immagine sia continuamente "agitata".
Ora cerchiamo però di capire cosa sia una stella per davvero.
Una stella è un oggetto formato esclusivamente da gas. La maggior parte di questo gas è idrogeno, ma possiamo trovare anche una bella fetta di elio e tracce di altri elementi.
Una stella ha un qualcosa che i pianeti si sognano: le reazioni nucleari.
Infatti una stella brilla perché al suo interno vi sono reazioni che producono fotoni (quindi luce). Invece i pianeti "brillano" perché riflettono la luce del Sole (quindi siete stati avvisati!).
Ora, sappiamo che i pianeti sono pezzi di roccia più o meno belli (tipo Mercurio, Venere, Terra, Marte) o palloni con uno spesso strato di atmosfera ma nucleo solido (Giove, Saturno, Urano, Nettuno).
Nelle stelle non vi è niente di solido. Tutto è sotto forma di gas. Dunque la domanda è: perché le stelle non collassano su stesse? Infatti uno potrebbe pensare che il gas che si trova negli strati più esterni cade verso il centro della stella a causa della forza di gravità. E infatti è quello che accade, esattamente come tutti noi siamo attratti verso il centro della Terra. Ma qui, dalle nostre parti, abbiamo la crosta terrestre a fermare la nostra caduta verso l'inevitabile; nelle stelle cosa evita tutto ciò?

Equilibrio all'interno di una stella (Fonte: http://chandra.harvard.edu).

Lo potete vedere nella figura qui sopra. La guerra del gas che da una parte tende ad espandersi (perché ad alte temperature) verso l'esterno  (generando così una pressione a cui va ad aggiungersi quella della radiazione) e la gravità che tende a far cadere il gas verso l'interno non la vince nessuno. Almeno finché ci sono le reazioni nucleari nel nucleo che mantengono le temperature alte abbastanza. Infatti i fotoni vengono prodotti grazie a quattro atomi di idrogeno che fondono in un atomo di elio. La fase di bruciamento dell'idrogeno è la più lunga della vita di una stella. Comunque la vita di una stella dipende dalla sua massa; stelle più massive hanno una vita più breve. Si va dai centinaia di milioni di anni delle stelle massive ai miliardi di anni delle stelle piccole (al Sole restano "ancora" altri 5 miliardi di anni!). Infatti le stelle più massive sono anche le più luminose. Quindi nonostante abbiamo un maggior quantitativo di idrogeno rispetto alle stelle più piccole, la quantità di energia prodotta nell'unità di tempo (cioè la luminosità) è maggiore e quindi il combustibile finisce prima. Perché questo? Perché siccome la stella è più massiva allora per raggiungere l'equilibrio è necessario un maggiore pressione per bilanciare la gravità che spinge verso l'interno. Perciò le condizioni di equilibrio all'interno della stella fanno sì più è massiva la stella più è luminosa perché deve produrre più fotoni per contrastare il gas che collassa. Alla fine dunque stelle più massive bruciano in fretta l'idrogeno e quindi "muoiono" prima.
Quindi quando l'idrogeno finisce iniziano i guai. Iniziano le fasi finali della vita di una stella. Viene bruciato anche l'elio per formare carbonio e ossigeno ma, se le temperature non sono abbastanza alte, la fabbrica dei fotoni si ferma e la gravità vince e avviene, alla fine, il collasso (e tutto ciò viene chiamato Supernova).
Un'ultima cosa che sicuramente avrete notato guardando il cielo notturno è che le stelle possono avere differenti colori. Come mai?
Si tratta di un fenomeno generale. Infatti il colore di un qualcosa che emette radiazione elettromagnetica (cioè fotoni) è legato alla temperatura del corpo (in questo caso si parla di approssimazione di corpo nero, ma non scendiamo nei dettagli). Per capirci, pensate ad un fabbro; quando tira fuori la spada dal fuoco potete notare che l'arma è incandescente, di colore tendente verso il blu. Quando poi si raffredda allora inizia a diventare gialla e poi rossa. La stessa cosa vale per le stelle.
Colori diversi corrispondono a diverse temperature della superficie stellare. E in particolare, le stelle blu sono più calde (si parla di circa 50mila kelvin) di quelle rosse (per esempio parliamo di circa 3000 kelvin). Il Sole ha una temperatura di circa 6000 kelvin e appare giallo.
Quindi ricapitoliamo, ora sapete (o perlomeno avete avuto qualche dettaglio su): perché le stelle scintillano, come sono fatte al loro interno (e soprattutto perché non collassano da un momento all'altro), perché hanno colori diversi.
Le stelle sono fondamentali nell'universo. Si mettono insieme e formano le galassie. Al loro interno e grazie alla loro evoluzione si formano gli elementi di cui siamo costituiti.
Per quanto spietata e crudele possa essere la fine di una stella, non dimentichiamoci che comunque si tratta anche, in una certa misura, dell'inizio necessario per arrivare a ciò che siamo oggi.