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Hubble osserva le fasi finali di una stella

NGC 6565, nota anche come ESO 456-70, è una nebulosa planetaria situata a circa 14000 anni-luce nella costellazione del Sagittario. I colori e la stessa nebulosa risultano da un corpo di gas che si sono formati dai venti stellari che hanno spazzato via gli strati più esterni della stella. Credit: credit: ESA/Hubble & NASA, Matej Novak

In questa immagine di NGC 6565, ripresa dal telescopio spaziale Hubble, si osservano le fasi finali del ciclo vitale di una stella. L’agonia può durare solo alcuni “momenti” su scala cosmologica ma la sua scomparsa rimane ancora un processo molto lento per i nostri standard: stiamo parlando di decine di migliaia di anni. Continua a leggere Hubble osserva le fasi finali di una stella

Nuove molecole attorno a stelle vecchie

Water-building molecule in Helix Nebula. Credit: ESA

Una serie di osservazioni realizzate con il satellite Herschel dell’ESA hanno permesso agli astronomi di individuare alcune molecole fondamentali per la formazione dell’acqua. Quando le stelle di piccola e media taglia, come il Sole, si avvicinano alle fasi finali dell’evoluzione stellare, per poi diventare sempre più dense una volta raggiunto lo stadio di nana bianca, esse spazzano via nel mezzo interstellare gli strati più esterni di polvere e gas creando una sorta di complicatissimo “caleidoscopio” noto come nebulosa planetaria.

ESA: New molecules around old stars

arXiv: Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS) – First Detection of OH+ in Planetary Nebulae

arXiv: Herschel spectral-mapping of the Helix Nebula (NGC 7293): Extended CO photodissociation and OH+ emission

21 Dicembre 2012, oggi non ci sarà la fine del mondo

L'immagine mostra il momento in cui l'atmosfera solare ingloba la Terra.Courtesy: Discovery Channel
L’immagine mostra il momento in cui l’atmosfera solare ingloba la Terra.
Courtesy: Discovery Channel

Ormai, tutti sanno che la “profezia della fine del mondo” nasce da una interpretazione del calendario Maya in base alla quale in corrispondenza del solstizio d’inverno il 21 Dicembre 2012 inizierebbe il cosiddetto quinto ciclo, cioè un passaggio da un’era ad un’altra, una sorta di rinascita esistenziale. Tuttavia, non ci sarà nessuna fine del mondo anche perchè il calendario Maya non ha mai annunciato il verificarsi di eventi catastrofici. Nonostante ciò, alcuni studiosi ritengono che non esiste, di fatto, nessuna prova reale di un calendario appartenente ai Maya e quando si fa riferimento alla “Pietra del Sole” si commette un errore poichè essa appartiene al popolo azteco. Dunque, durante il 21 Dicembre 2012 non ci sarà alcun allineamento di pianeti, o particolari tempeste solari o ancora impatti dovuti ad asteroidi, eventi che sono stati ampiamente smentiti e scientificamente esclusi. Per un maggiore approfondimento, Vi rimando alla pagina web della NASA Beyond 2012: Why the World Won’t End.

Ma allora, quando sarà, se ci sarà, la fine del mondo? In realtà, dobbiamo dire che la ‘vera’ fine del mondo, ossia il destino della Terra e dei suoi abitanti, è certamente legato al ciclo vitale del Sole. La nostra stella ha dimensioni medio-piccole ed è costituita dal 74% circa da idrogeno, dal 25% circa da elio, più altri elementi pesanti presenti in tracce. La classificazione spettrale del Sole è G2 V, cioè si tratta di una nana gialla: G2 indica che la stella ha una temperatura superficiale di quasi 6000 gradi Centigradi, la V indica che la stella si trova nella sequenza principale, cioè in una lunga fase di equilibrio stabile in cui avvengono nel suo nucleo le reazioni di fusione nucleare per cui l’idrogeno fonde per formare elio. Tale processo genera ogni secondo una grande quantità di energia che viene emessa nello spazio sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, flusso di particelle sottoforma di vento solare, e neutrini. La radiazione solare, emessa fondamentalmente come luce visibile ed infrarossi, permette la vita sul nostro pianeta e fornisce l’energia necessaria ad attivare i principali meccanismi che ne stanno alla base. I processi di fusione nucleare fanno sì che la stella rimanga in uno stato di equilibrio, sia idrostatico, ossia non si espande a causa della pressione di radiazione dovuta alle reazioni termonucleari, né si contrae, per via della gravità cui sarebbe naturalmente soggetta, sia termico. Una stella di massa paragonabile a quella del Sole impiega circa 10 miliardi di anni per esaurire completamente l’idrogeno nel suo nucleo. Dunque, quale sarà il destino del Sole? Il Sole si trova a circa metà strada nella propria sequenza principale. Proviamo allora ad immaginare di essere tra cinque miliardi di anni nel futuro. Il Sole entrerà in una fase di forte instabilità, detta gigante rossa: nel momento in cui l’idrogeno del nucleo sarà totalmente convertito in elio, gli strati immediatamente superiori subiranno un collasso gravitazionale dovuto alla mancanza della pressione di radiazione prodotta dalle reazioni termonucleari. Il collasso gravitazionale causerà un incremento della temperatura fino a raggiungere valori tali da innescare la fusione dell’idrogeno negli strati superiori determinando l’espansione della stella fino a superare l’orbita di Mercurio. L’espansione causerà un raffreddamento del gas per cui la stella apparirà di un colore giallo intenso. Quando anche l’idrogeno dello strato superiore al nucleo sarà totalmente convertito in elio, dopo poche decine di milioni di anni, si avrà un nuovo collasso gravitazionale che causerà un aumento della temperatura del nucleo di elio innescando improvvisamente la fusione dell’elio in carbonio e ossigeno. La stella subirà una riduzione delle proprie dimensioni, passando dal ramo delle giganti rosse al cosiddetto ramo orizzontale del diagramma di Hertzsprung-Russell. Ma a causa delle elevatissime temperature del nucleo, la fusione dell’elio si esaurirà in tempi brevi, cioè qualche decina di milioni di anni, e i prodotti di fusione, non impiegabili in nuovi cicli termonucleari a causa della piccola massa della stella, si accumuleranno inerti nel nucleo. Intanto, dato che non sarà di nuovo presente la pressione di radiazione che spingeva verso l’esterno, avverrà un successivo collasso gravitazionale che causerà la fusione dell’elio, nel guscio che avvolge il nucleo, e dell’idrogeno, nello strato immediatamente superiore ad esso. Queste nuove reazioni di fusione nucleare produrranno una quantità di energia talmente elevata da provocare una nuova espansione della stella che raggiungerà così dimensioni prossime a circa 1 UA, ossia circa 100 volte quelle attuali, tanto che la sua atmosfera arriverà ad inglobare molto probabilmente Venere. Rimane ancora incerto il destino della Terra: alcuni studiosi ritengono che anche il nostro pianeta verrà risucchiato dalla stella, altri, invece, ipotizzano che il pianeta potrà salvarsi poiché la perdita di massa da parte della nostra stella potrebbe allargare l’orbita terrestre che si sposterebbe di conseguenza fino a quasi 2 UA. Nonostante ciò, il nostro pianeta sarà ormai morto dato che gli oceani saranno evaporati a causa del forte calore e gran parte dell’atmosfera verrà dispersa nello spazio dall’intensa energia termica che incrementerà l’energia cinetica delle molecole che compongono l’atmosfera consentendo loro di vincere l’attrazione gravitazionale della Terra. Si calcola che tutto ciò avverrà entro i prossimi 3,5 miliardi di anni, ossia ancor prima che il Sole entri nella fase di gigante rossa. Entro 7,8 miliardi di anni, esaurito ogni processo termonucleare, il Sole espanderà i suoi strati più esterni che verranno spazzati via sottoforma di “super vento solare” creando una nebulosa planetaria mentre le parti più interne saranno collassate e daranno origine ad una nana bianca che avrà circa le dimensioni della Terra. Percorrendo le regioni più esterne del Sistema Solare, la nebulosa planetaria spazzerà le atmosfere gassose dei pianeti giganti, quali Giove e Saturno, rendendo visibile solo la parte metallica e rocciosa dei loro nuclei. Ciò che resterà dei pianeti più esterni vagherà nello spazio interstellare dato che la gravità della nana bianca sarà insufficiente per trattenerli in orbita. Intanto, dopo alcuni miliardi di anni, la nana bianca avrà irradiato tutto il suo calore residuo nello spazio al punto da diventare una nana bruna e raggiungere così la stessa temperatura del mezzo interstellare.

Il seguente video mostra, accompagnato dal commento di alcuni astronomi, quale sarà il destino del Sole.

(Courtesy: Discovery TV)

Chi Cygni ci mostra la fine del Sole

Quando il Sole avrà esaurito tutto l’idrogeno nucleare, che gli permette di brillare ormai da cinque miliardi di anni, esso comincerà il suo ciclo di evoluzione stellare che lo porterà a diventare una gigante rossa. Le sue dimensioni saranno tali da sfiorare l’orbita di Marte. Ma state tranquilli, tutto ciò avverrà tra circa cinque miliardi di anni. Per capire allora quale sarà l’evoluzione finale di una stella come il Sole, gli astrofisici guardano altri sistemi stellari ed in particolare essi hanno osservato di recente la morte di una stella di tipo solare che si trova ad una distanza di circa 550 anni-luce. La stella, denominata Chi Cygni , ha cominciato a pulsare come una sorta di gigantesco cuore e si trova attualmente nelle sue fasi finali del ciclo di evoluzione stellare.

Questo studio apre una nuova finestra verso la comprensione di quello che sarà il destino del Sole tra circa 5 miliardi di anni“, dice Sylvestre Lacour dell’Osservatorio di Parigi. Gli scienziati hanno paragonato il processo ad una macchina in corsa a tutto gas. “Abbiamo creato una animazione  della pulsazione della stella utilizzando immagini reali“, dice ancora Lacour. “I dati indicano che le pulsazioni non sono solamente di tipo radiale, ma casuali, forse dovute a delle disomogeneità, come la grande macchia rossa apparsa quando la stella si trova alla dimensione minima“. Le stelle che si trovano in questa fase sono note come variabili di tipo Mira . Una volta che inizia il ciclo di pulsazione, la stella butta fuori gli strati più esterni che creano successivamente, dopo qualche centinaia di migliaia di anni, una spettacolare nebulosa planetaria. Chy Cygni ha un ciclo di pulsazione pari a 408 giorni e quando si trova nella fase di minimo appaiono sulla superficie macchie di plasma ad altissima temperatura che formano una struttura granulare, analoga a quella che si osserva sulla superfice del Sole, ma la dimensione dei granuli è molto più grande. Si calcola che man mano che la stella si raffredda e diventa via via sempre più debole, il suo diametro aumenta sempre di più al punto che, nel Sistema Solare, raggiungerebbe la fascia degli asteroidi.

Bisogna dire che lo studio di questi oggetti è molto complesso. Ad esempio, nel caso delle variabili di tipo Mira, le stelle si trovano all’interno di un guscio denso e compatto costituito da polveri e gas. Quindi per osservare la superficie della stella, gli astrofisici devono utilizzare la banda infrarossa dello spettro elettromagnetico. Inoltre, le stelle si trovano a distanze enormi perciò appaiono molto piccole. Anche se esse hanno le dimensioni tipiche di una stella come il Sole, la distanza a cui esse si trovano li rende tali al punto che diventa come osservare dalla Terra una casetta sulla superficie della Luna. I telescopi tradizionali non hanno l’adeguato potere esplorativo perciò gli scienziati devono ancora una volta ovviare il problema facendo uso della cosiddetta tecnica interferometrica che permette di combinare la luce proveniente da diversi telescopi per arrivare ad avere un potere esplorativo pari a quello di un singolo telescopio che ha le dimensioni equivalenti alla distanza a cui si trovano i singoli strumenti ottici. Per fare questo i ricercatori hanno utilizzato l’Infrared Optical Telescope Array (IOTA) dello Smithsonian Astrophysical Observatory , che si trova presso l’Osservatorio Whipplesul Monte Hopkins, in Arizona. “IOTA ci permette di avere prestazioni uniche“, dice Marc Lacasse dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), “Grazie a IOTA è stato possibile ottenere delle immagini con una nitidezza tale da vedere dettagli circa 15 volte più piccoli rispetto alle immagini ottenute con il telescopio spaziale Hubble“.

Insomma, l’interferometria sembra essere la tecnica più promettente per studiare la vera natura di oggetti piccoli e compatti, come stelle, dischi di accrescimento attorno a buchi-neri, regioni di formazione di dischi protoplanetari, più di quanto sia stato fatto in precedenza utilizzando semplicemente modelli o animazioni grazie all’utilizzo della computer grafica.