Di cosa sono fatte le stelle?
Siamo tutti fatti di polvere di stelle – una frase spesso citata che si riferisce al fatto che quasi tutti gli elementi del corpo umano sono stati forgiati in una stella. Ma di cosa sono fatte le stelle stesse?
In realtà, le stelle sono fatte degli stessi elementi chimici del pianeta Terra, anche se non nelle stesse proporzioni. La stragrande maggioranza delle stelle è fatta quasi interamente di idrogeno (circa il 90%) ed elio (circa il 10%) – elementi relativamente rari sul nostro pianeta e i più leggeri della tavola periodica – mentre tutti gli altri elementi rappresentano solo lo 0,1%.
Tra gli altri elementi, di solito domina l’ossigeno, seguito da carbonio, neon e azoto, mentre il ferro è l’elemento metallico più comune. Eppure, c’è solo un atomo di ossigeno nel Sole ogni 1200 atomi di idrogeno e solo uno di ferro ogni 32 atomi di ossigeno.
Ha senso che l’idrogeno sia l’elemento dominante del sole e delle altre stelle. Per bruciare per miliardi di anni, le stelle convertono l’idrogeno in elio attraverso una costante reazione nucleare simile a una bomba all’idrogeno. Quindi, in un certo senso, il sole è in uno stato di costante esplosione nucleare, e appare come una sfera solida solo perché è tenuto insieme dalla sua stessa massiccia gravità.
Inoltre, come vedremo, la composizione e la composizione chimica delle stelle possono variare notevolmente a seconda del loro stato di invecchiamento o della loro posizione nella galassia.
Inoltre, elementi diversi dall’idrogeno o dall’elio possono essere forgiati dalle stelle, ma solo verso la fine del loro ciclo vitale. In genere, in una stella come il Sole, gli elementi più pesanti sono stati seminati da stelle che esistevano prima di essa. Alcune stelle escono col botto, producendo una supernova – un’esplosione potente e luminosa – durante le loro ultime fasi evolutive, che espelle elementi pesanti nello spazio. Così le nuove stelle possono incorporare questo materiale. Per le leggi della fisica, l’universo ricicla tutto.
Non tutte le stelle brillano allo stesso modo, né sono fatte delle stesse cose
Tutte le stelle sono sorprendenti a modo loro, ma alcune brillano più di altre. Le stelle calde appaiono bianche o blu quando vengono osservate dalla Terra, mentre le stelle più fredde appaiono con sfumature arancioni o rosse. Gli astronomi tracciano la luminosità e la temperatura di una stella su un grafico chiamato diagramma di Hertzsprung-Russell, che è utile per classificare le stelle.
Anche se ci sono molti tipi di stelle, le più comuni sono le stelle di sequenza principale – circa il 90% di tutte le stelle conosciute, compreso il Sole, sono in questa classe.
Al di sotto delle stelle di sequenza principale ci sono le nane bianche, il residuo del nucleo stellare dopo che una stella ha esaurito tutto il suo carburante. Queste antiche stelle sono incredibilmente dense. Un cucchiaino della loro materia peserebbe sulla Terra quanto un elefante.
Tali densità sono possibili perché la materia delle nane bianche non è composta da atomi uniti da legami chimici, ma consiste piuttosto in un plasma di nuclei ed elettroni non legati. Per questo motivo, i nuclei possono essere posti più vicini di quanto normalmente consentito dagli orbitali degli elettroni nella materia normale.
Perché le nane bianche sono i nuclei residui delle stelle normali, sono composte principalmente dai prodotti di “scarto” delle reazioni di fusione nucleare che esse sostenevano. Questi prodotti di “scarto” sono principalmente carbonio e ossigeno, con tracce di altri elementi. Ma questo non significa che non siano rimasti elio e idrogeno. La parte esterna di una nana bianca contiene i due elementi. E a causa della tremenda forza gravitazionale associata a queste stelle dense, questi elementi sono stratificati con gli elementi più pesanti che risiedono nelle profondità della stella.
Al di sopra delle stelle di sequenza principale ci sono le “giganti” e le “supergiganti”. Prima che le stelle raggiungano la fine della loro evoluzione – quando si trasformano in nane o esplodono in supernovae – si condensano e si compattano, riscaldandosi ulteriormente quando l’ultimo idrogeno viene bruciato. Questo fa sì che gli strati esterni della stella si espandano verso l’esterno. A questo punto, la stella diventa una grande gigante rossa.
Secondo un vecchio studio pubblicato nell’edizione del 1985 dell’Astrophysical Journal, le giganti rosse sono fatte principalmente di elio e idrogeno, insieme a carbonio, ossigeno, azoto e ferro. Gli astrofisici hanno anche registrato la presenza di elementi pesanti del processo S come stronzio, ittrio, zirconio, bario e neodimio.
Le supergiganti sono tra le stelle più massive e luminose dell’universo. Le stelle che sono dieci volte più grandi del sole (o più grandi) si trasformano in supergiganti quando finiscono il carburante. Sono simili alle giganti rosse nella composizione, tranne che sono, come avete indovinato, molto più grandi.
Il Sole dovrebbe trasformarsi in una gigante rossa una volta esaurito il suo carburante. Fortunatamente, questo non accadrà per altri cinque miliardi di anni.