Polvere di stelle by Ernesto Giuseppe

Polvere di stelle Ernesto G. Ammerata

A quel bambino che sognava le stelle

Indice Prefazione Parte prima: le stelle e loro classificazione Le stelle e la legge di Wien Classificazioni spettrali Le classi di luminositĂ Analisi spettroscopica La formazione delle stelle La vita delle stelle

Parte seconda: le stelle di diversa dimensione Il cane Maggiore e VY Canis Majoris Orione e Betelgeuse Lâ&#x20AC;&#x2122;Orsa Minore e Pherkad I Gemelli e Polluce Il Cefeo e Eta Cephei Pegaso e 85 Pegasi Il Pittore e Kapteyn Le Nane Bianche, la pressione di degenerazione degli elettroni e il sole Stelle di neutroni Le Pulsar I Buchi Neri

Parte Terza: Le Nebulose, le Galassie e i Quasar Le Nebulose Le Galassie I Quasar

Prefazione Nella società consumistica in cui viviamo e che va sempre di fretta, non c’è posto per i sognatori e per i sogni, tanto meno per prendersi qualche momento e alzare gli occhi al cielo e osservare gratuitamente lo spettacolo che la natura ci offre, tanti puntini luminosi che in silenzio sembrano osservarci. Le stelle, questi testimoni silenziosi dell’umanità che sono lì da sempre, sembrano tutte uguali, eppure anche al meno esperto mostrano delle differenze di luminosità e dimensioni. Per chi non è un astronomo queste differenze, non dicono molto, ma nella realtà esistono. Le stelle che seppur con differenti luminosità sembrano tutte uguali in realtà non lo sono affatto, questo è il tema fondamentale di questo libro, in esso infatti cercherò di spiegare in maniera semplice,sintetica e scientifica le differenze delle stelle, la loro natura, la loro evoluzione, morte e i loro agglomerati come gli ammassi stellari, le galassie e tanto altro ancora. Non ci limiteremo però solo a una descrizione delle stelle, ma parleremo anche di qualche costellazione e dei miti ad esse legati. La mitologia soprattutto nell’antichità era di enorme importanza nelle scienze del cielo, oggi la possibilità di riconoscere le stelle è legata alle costellazioni di cui fanno parte e come sappiamo ogni costellazione ha il suo nome e il suo mito annesso. Per ultimo ci occuperemo della culla delle stelle, le nebulose, delle isole di stelle le gallassie e di quegli oggetti misteriosi detti quasar che sono i più lontani oggetti mai osservati, quasar nome che sta per oggetti quasi stellari. Mi scuserà il lettore per qualche imprecisione che magari potrà riscontrare nel testo, ma tenga presente che non sono un astronomo professionista, ma solo un appasionato e una persona che ha svolto studi scientifici. Mi auguro che questo libro possa chiarire ai molti che non sono del mestiere alcune delle principali caratteristiche delle stelle che in silenzio ossevano l’umanità dalla notte dei tempi, buona lettura a tutti.

Parte prima Le stelle e loro classificazione

Le stelle e la legge di Wien Osservando il cielo la notte e in particolar modo durante le limpide serate estive, le stelle appaiono come migliaia di puntini luminosi, diversi per intensità, dimensione e colore.

In effetti, sin dall'antichità, gli uomini congiungendo con delle linee

immaginarie le varie stelle hanno disegnato in cielo figure mitologiche di animali o di oggetti della vita quotidiana. Così nacquero le costellazioni, che raccolgono in una porzione di cielo stelle che nella realtà sembrano vicine solo per un effetto prospettico ma che invece sono distanti tra loro milioni o miliardi di chilometri. Le stelle, si sono meritate l'appellativo di fisse, anche se come tutti i corpi del sistema solare, esse si muovono (moto proprio), ma così lentamente che per notare gli spostamenti si dovrebbero attendere migliaia di anni. Ciò accade perché a differenza dei pianeti, esse si trovano a distanze enormi da rendere l'angolo che deriva dallo spostamento quasi impercettibile. Una stella può essere definita come un'enorme sfera di gas caldissimo, principalmente idrogeno ed elio, che produce energia attraverso il processo di fusione nucleare. In effetti, questo è un tipico esempio in cui la natura applica la famosa equazione di Einstein E=mc^2, in essa il famoso scienziato spiega che l'energia e la massa sono equivalenti, una può essere trasformata nell'altra, l'energia e la massa sono le due facce della stessa medaglia. Una stella, diciamo A che ha una massa maggiore rispetto a un'altra stella diciamo B brucerà in un determinato intervallo più conbustibile nucleare e quindi avrà una vita più breve rispetto alla stella di massa inferiore. Su quest’argomento torneremo più avanti quando spiegheremo l'evoluzione stellare. Gli astronomi nel corso del tempo hanno attribuito nomi propri alle stelle, per lo più di origine greca, araba o latina. Altre stelle sono classificate con il nome della costellazione cui appartengono e una lettera dell'alfabeto greco che ne indica la luminosità relativa rispetto alle altre stelle della stessa costellazione. Esempi sono, alfa vergine, che è la stella più brillante della costellazione della vergine, Alfa Scorpi, stella più brillante della costellazione dello scorpione. Ai nostri giorni, conosciamo bene il meccanismo di produzione di energia che si produce all'interno delle stelle, tuttavia le conoscenze agli inizi del secolo scorso

erano ancora frammentarie e la moderna ricerca scientifica era agli inizi. Nel 1905 Einstein propose al mondo la sua teoria della relatività speciale che ancora non contemplava la gravità, Bohr propose la teoria dei quanti, secondo cui la luce era costituita da particelle aventi una determinata energia. Nella fisica, rivestiva particolare importanza il problema del corpo nero, esso è in grado di assorbire tutta la luce da cui è investito. La legge dello spostamento di Wien, è una legge sperimentale che consente di individuare per quale lunghezza d'onda Lambda max, é massima l’emissione radioattiva di un corpo nero di massa generica posto a una certa temperatura T. Fu scritta dal fisico tedesco Wihelm Wien nel 1893. T x Lambda =b Dove:

(Valore raccomandato dal CODATA nel 2002) viene detta costante dello Spostamento di Wien, T é la temperatura assoluta, in Kelvin, della sorgente (corpo nero). Lambda max é lunghezza d’onda espressa in metri per la quale è massima la radiazione emessa dal corpo (non è quindi la massima lunghezza d’onda da questo irradiata). Come vedremo nella classificazione spettrale, questa legge è molto importante.

Classificazione spettrale Nella seconda metà del 1800, l’astronomo e padre gesuita Angelo Secchi, fu il primo a tentare una classificazione delle stelle basata sul loro spettro. Egli divise le stelle in tre classi: Classe I : stelle bianche e azzurre con righe dell’idrogeno forti e larghe. Classe II: stelle gialle con righe dell’idrogeno meno marcate e con evidenti righe caratteristiche dei metalli. Classe III: stelle rosse, con uno spettro complesso con bande molto larghe. In seguito scoprì le stelle al carbonio, che raccolse in un altro gruppo: Classe IV: stelle rosse con evidenti linee e bande caratteristiche del carbonio. Alla quarta classe Padre Secchi aggiunse una quinta classe. Classe V: stelle con linee di emissione. Tuttavia già alla fine dell’Ottocento la classificazione di secchi iniziò a essere sostituita con quella di Harvard. Prima di descrivere tale classificazione, spieghiamo brevemente su cosa si basa la classificazione spettrale e cosa significa. La classificazione spettrale è basata sullo spettro di una stella. La classificazione di una stella è assegnata dalla sua temperatura superficiale, che può essere studiata mediante la legge di Wien. La maggior parte delle stelle è classificata usando delle lettere O,B,A,F,G,K, e M. Spesso tuttavia ci sono stelle che non possono essere classificate in una categoria o nell’altra. Alcune stelle possono trovarsi comprese ad esempio tra due categorie, ad esempio tra la O e la B, quindi per queste stelle alla lettera che ne indica la categoria si associa un numero da 0 a 9 che specifica ancor più la temperatura e la classe di

appartenenza della stella. Una frase molto famosa nei paesi anglosassoni per ricordare l’ordine di questa classificazione è: o be a fine girl, kiss me. (sii una ragazza gentile, baciami). Negli ultimi anni si sono scoperte altre stelle che per caratteristiche non rientravano in nessuna categoria di quelle già presenti, per cui si sono aggiunte altre tre lettere R,S,N, quindi alla frase o be a fine girl, kiss me, si è aggiunto il nome della ragazza SeReNa. Vediamo adesso che tipi di stelle sono quelle classificate seguendo quest’ordine. Stelle di tipo O Le stelle di tipo O sono le più calde e le altre lettere sono assegnate a stelle sempre meno calde, fino a quelle più fredde come le stelle di classe M. Le stelle di classe O sono le più calde con temperature >33.000 K e luminose anche più di un milione di volte il sole, il loro colore è di un blu molto intenso, ed emettono molta radiazione nell’ultravioletto. Queste stelle sono le più rare, se ne trovano circa una su tre milioni. Stelle di tipo B Le stelle di tipo B, sono di color azzurro chiaro e sono molto massicce e luminose, anche se non come quelle di classe O. Una stella su ottocento appartiene a questa classe. La temperatura superficiale di queste stelle è compresa tra 10.000K e 33.000 K Le stelle delle classi O e B hanno una vita relativamente breve essendo molto massicce, bruciano il loro combustibile nucleare in alcune centinaia di milioni di anni.

Stelle di tipo A

Le stelle della classe A hanno un colore bianco e una temperatura superficiale che è compresa tra i 7.500 K e 10.000 K e quando sono nella sequenza principale con masse comprese tra 1,4 e 2,1 masse solari. Le stelle di questa classe sono rare e ce n’è circa una ogni centosessanta. Stelle di tipo F Le stelle di classe F hanno temperature comprese tra 6000 K e 7500 K e le loro masse quando sono di sequenza principale, sono comprese tra 1,04 e 1,5 masse solari. Il loro colore è di un argento-celeste sfumato. Una stella di sequenza principale su trentatré appartiene a questa classe.

Stelle di tipo G Le stelle di classe G che è la classe cui appartiene il sole, hanno temperature tra i 6000 K e i 5200 K, sono di colore che varia dal bianco al giallo e la loro massa è compresa tra 1,04 e 0,8 masse solari. Stelle di tipo K Le stelle di classe K sono invece di un colore giallo abbastanza chiaro e la loro temperatura si aggira tra i 3700 K e i 5200 K. Quando sono di sequenza principale, le loro masse sono comprese tra i 0,45 e 0,8 masse solari. Le stelle appartenenti a questa classe, sono abbastanza comuni, circa un ottavo delle stelle di sequenza principale appartiene a questa classe.