La scorsa volta ci eravamo lasciati con una nebulosa che stava iniziando a collassare. Oggi proseguiremo il nostro viaggio e arriveremo a vedere come nasce una stella.
Si potrebbe pensare che la materia che collassa all’interno della nebulosa sia destinata a formare un’unica, enorme, stella. Tuttavia, le osservazioni di stelle giovani (età inferiore ai 100 milioni di anni) mostrano che queste si trovano spesso in clusters, ossia agglomerati contenenti diverse stelle.Questo si deve sostanzialmente alla concomitanza di due fattori, oltre che all’assunzione che il processo sia isotermo (cioè la temperatura rimane costante durante il collasso):
- collassando, la nebulosa aumenta la sua densità; dalla formula della massa di Jeans, vediamo che aumentando la densità, diminuisce la massa minima necessaria a innescare il collasso gravitazionale;
- la nebulosa non è omogenea ossia, sono presenti zone a maggior densità e zone dove la densità è minore(disomogeneità).
A causa di questo, regioni della nebulosa che contengono (almeno) una massa di Jeans di materia possono iniziare una fase di collasso a sé stante.
Domanda 1: ma se stiamo comprimendo il gas, come fa questo a rimanere alla stessa temperatura?
Premesso il fatto che l’isotermia del processo è idealizzata, si può comunque assumere il gas isotermo perché parte dell’energia cinetica delle molecole del gas è convertita in radiazione infrarossa, che riesce a fuoriuscire dalla nebulosa.
Domanda 2: ma allora possiamo continuare questo processo di frammentazione all’infinito?
No, questo ragionamento è valido fintanto che vale l’assunzione di gas isotermo.
Considerate una regione della nebulosa che sta collassando. Mentre collassa, il materiale al suo interno diventa sempre più denso. Si arriverà a un punto in cui la densità è elevata a tal punto da risultare opaca anche alla radiazione infrarossa. Questa resterà allora intrappolata all’interno, riscaldando la materia e aumentando la pressione del gas. Come conseguenza di questo, ci sarà un bilancio tra forza gravitazionale e forze di pressione. Siamo giunti alla fase di protostella.
La nostra protostella è ora circondata da un disco di gas, che continua a cadere sulla sua superficie.Grazie a questo, la protostella continua ad aumentare la sua temperatura, fino a raggiungere i 2000 K; a questa temperatura avviene qualcosa di simile a quello che accade quando l’acqua bolle. Quando si è al punto di ebollizione, il calore fornito all’acqua non porta ad un aumento della temperatura, ma fornisce energia affinché si possa avere una transizione di fase da liquido a vapore.Allo stesso modo, nel caso della protostella a 2000 K, l’energia che si fornisce viene utilizzata per dissociare l’idrogeno molecolare. Quindi, non si ha più un aumento di temperatura fino alla completa dissociazione dell’idrogeno, motivo per il quale la forza gravitazionale ha la meglio e porta a una seconda fase di collasso.Un analogo meccanismo si ripeterà poi a temperature di circa 10000 K, questa volta per ionizzare idrogeno ed elio.
Una volta che la fase di accrescimento è terminata (a causa dell’esaurimento del materiale circostante) e l’idrogeno nel nucleo della protostella inizia a fondersi, formando elio e rilasciando energia, si ha la nascita della stella.
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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:
- Krumholz M., Notes on Star Formation: https://arxiv.org/pdf/1511.03457.pdf;
- LeBlanc F., An Introduction to Stellar Astrophysics, John Wiley & Sons, 2010;
- Prima parte dell’articolo: https://www.scienzapertutti.com/2019/07/a-star-is-born.html.
