Domanda sulle fusioni nucleari nelle stelle

[Jo3]

Ciao a tutti.

Come la scienza ci ha mostrato, tutte le stelle esistono per un complesso equilibrio tra gravita'/temperatura/reazione nucleari.

La gravita' fa si che i gas vengano compressi, raggiungendo milioni di gradi nel nucleo : questo fa si che ad un certo punto, due atomi di idrogeno decidano di fondersi, diventando uno di elio, perdendo massa e generando energia.

Tale energia controbilancia la gravita', facendo si che la stella non collassi su se stessa.

Ora, sarei curioso di sapere cosa accade quando la massa della stella supera di gran lunga quella di una normale stella, ossia le reazioni nucleari che trasformano idrogeno in elio non sono sufficienti per "reggere" la massa stessa della stella.

[gtr84]

Se la massa della stella è superiore a 3 masse solari, l'esauriemento
di idrogeno determina l'impossibilità di avvenimento delle reazioni
nucleari, e il corpo collassa fino a costituire l'oggetto genericamente
denominato "buco nero".


le alternative sono 2: Stadio finale detto "stella di neutroni";
accade per corpi con massa compresa tra 2 e 3 masse solari.
La fine delle reazioni nucelari crea ugualmente la compressione
della stella, che però non è sufficiente a farla collassare completamente;
ad ogni modo, il surriscaldamenteo del nucleo nella compressione
riscalda lo strato di gas esterno al nucleo, in maniera violenta
, situazione detta "supernova". Il nucleo ha una densità talmente
elevata che le cariche positive e negative si "fondono"; quindi lo
stadio finale è detto "stella di neutroni". Sono
riconscibili per le emissioni sincrotrone, osservabili solo lungo
la linea di vista che è in direzion NS del campo magnetico.

L'altra alternativa, detta "nana bianca" è per stelle di massa
simile a quella solare. In questo caso lo strato gassoso non è
espulso completamente, perchè la compressione gravitazionale
è meno violenta. Tale strato gassoso viene detto "nebulosa
planetaria", che è irraggiata dal nucleo stellare rimamente
ancora per tempi relativamente piccoli, vista l'alta metallicità
di questo.

[Banus]

Originariamente inviato da Jo3

Ora, sarei curioso di sapere cosa accade quando la massa della stella supera di gran lunga quella di una normale stella, ossia le reazioni nucleari che trasformano idrogeno in elio non sono sufficienti per "reggere" la massa stessa della stella.

Succede il contrario: all'aumentare della dimensione della stella l'energia prodotta cresce molto rapidamente all'aumentare della pressione degli strati superiori. Inoltre quando la luminosità della stella è troppo alta il gas non riesce a trasmettere tutta l'energia all'esterno (limite di Eddington) e la stella diventa instabile.
Gli astrofisici stimano che non si possano formare stelle con massa superiore a 150 soli.
Sono state osservate stelle con massa vicina a questo limite (la più notevole è sicuramente Eta Carinae ) ma in genere sono soggette a continue instabilità e spesso espellono nello spazio grandi quantità di materia (anche dell'ordine delle masse solari).

Riguardo allo stadio finale della stella ha già risposto gtr84

[Jo3]

Originariamente inviato da Banus

Succede il contrario: all'aumentare della dimensione della stella l'energia prodotta cresce molto rapidamente all'aumentare della pressione degli strati superiori. Inoltre quando la luminosità della stella è troppo alta il gas non riesce a trasmettere tutta l'energia all'esterno (limite di Eddington) e la stella diventa instabile.
Gli astrofisici stimano che non si possano formare stelle con massa superiore a 150 soli.
Sono state osservate stelle con massa vicina a questo limite (la più notevole è sicuramente Eta Carinae ) ma in genere sono soggette a continue instabilità e spesso espellono nello spazio grandi quantità di materia (anche dell'ordine delle masse solari).

Riguardo allo stadio finale della stella ha già risposto gtr84

Quindi il limite nelle masse di una stella e' legato alla possibilita' di trasmettere energia dal nucleo attraverso gli strati di idrogeno ed elio sino alla superficie.

Chiaro, ma cosa si puo dire in merito ai Quasar? possono esserci riferimenti alle violente instaiblita' di questi corpi celesti?

[Banus]

Originariamente inviato da Jo3

Chiaro, ma cosa si puo dire in merito ai Quasar?

Che non sono sicuramente stelle
Secondo il modello attuale, sono buchi neri massivi (milioni di masse solari) che stanno inghiottendo gas e polveri vicine. Il buco nero è circondato da un disco di accrescimento ed emette due getti di materia ad alta energia ai poli.

Resta da stabilire come il buco nero iniziale si sia formato. E' possibile che si sia originato dalle enormi concentrazioni di materia presenti in una galassia primordiale (considerando che la densità di materia dell'universo era maggiore), ma non c'è consenso su questo da parte degli astrofisici, anche se leggendo wikipedia e qui pare che la formazione a partire da buchi neri più piccoli sia preferita.

[gpc]

Comunque, per completezza, c'è da dire che più una stella è grande più consuma velocemente il suo combustibile. Una volta terminato, la forza di gravità prende il sopravvento sulla forza repulsiva, causando una contrazione della stessa.
Se, a questo punto, la massa è sufficiente perchè si inneschi una ulteriore fusione nucleare di elementi pesanti, il processo si reinnesca e la nuova fusione bilancia nuovamente la forza di gravità.
Questo va avanti fin quando le dimensioni della stella lo permettono, fino a creare elementi pesanti (il carbonio se non erro, o oltre? Non mi ricordo più precisamente... forse perfino il ferro, boh). A quel punto, la stella collassa senza più possibilità di riprendersi e passa, a seconda della sua massa, a supernova quindi stella di neutroni, etc etc.
Vabbè, io te le ho dette così, ma sono passaggi un po', come dire, travagliati.

[Guts]

la densità dell'universo era maggiore perchè l'universo è in espansione? cosa dice la teoria più accreditata al riguardo(visto che penso ce ne siano molte)? se l'universo si espande dovrebbe essere di dimensione finita no o ci sono altre ipotesi?

[Jo3]

Originariamente inviato da gpc

Comunque, per completezza, c'è da dire che più una stella è grande più consuma velocemente il suo combustibile. Una volta terminato, la forza di gravità prende il sopravvento sulla forza repulsiva, causando una contrazione della stessa.
Se, a questo punto, la massa è sufficiente perchè si inneschi una ulteriore fusione nucleare di elementi pesanti, il processo si reinnesca e la nuova fusione bilancia nuovamente la forza di gravità.
Questo va avanti fin quando le dimensioni della stella lo permettono, fino a creare elementi pesanti (il carbonio se non erro, o oltre? Non mi ricordo più precisamente... forse perfino il ferro, boh). A quel punto, la stella collassa senza più possibilità di riprendersi e passa, a seconda della sua massa, a supernova quindi stella di neutroni, etc etc.
Vabbè, io te le ho dette così, ma sono passaggi un po', come dire, travagliati.

tutto chiaro, ma una cosa risulta non definita : se la creazione degli elementi nelle reazioni nucleari delle stelle si ferma al ferro (la reazione e endotermica) come e' possibile che la terra contenga elementi che hanno numero di neutroni, protoni ed elettroni superiori al ferro?

[gpc]

Originariamente inviato da Jo3

tutto chiaro, ma una cosa risulta non definita : se la creazione degli elementi nelle reazioni nucleari delle stelle si ferma al ferro (la reazione e endotermica) come e' possibile che la terra contenga elementi che hanno numero di neutroni, protoni ed elettroni superiori al ferro?

Buona domanda.
La rilevazione di questi elementi serve proprio a stabilire di che "generazione" sia la stella.
Gli elementi più pesanti, infatti, possono formarsi solo nell'esplosione di una supernova, momento in cui si forma una nuvola di gas contenente la materia che prima era nella stella e che poi, col tempo, potrà ricondensarsi altrove dando origine ad una nuova stella e magari ad un sistema solare.
Per esempio, il nostro sistema solare dovrebbe essere di "seconda mano", poichè contiene proprio elementi derivanti da una esplosione di una stella di prima generazione. Per dirla poeticamente, siamo tutti un po' polvere di stelle...

[Banus]

Originariamente inviato da Guts

la densità dell'universo era maggiore perchè l'universo è in espansione? cosa dice la teoria più accreditata al riguardo(visto che penso ce ne siano molte)? se l'universo si espande dovrebbe essere di dimensione finita no o ci sono altre ipotesi?

Un universo in espansione può avere anche dimensione infinita; espansione in questo caso equivale a dire che la densità media è in diminuzione. Ho usato il termine densità nel mio post precedente proprio per evitare il problema della finitezza dell'universo
Comunque i dati cosmologici sembrano suggerire un universo finito e molto grande, ma il margine di errore è troppo grande per una risposta certa.

Originariamente inviato da Jo3

se la creazione degli elementi nelle reazioni nucleari delle stelle si ferma al ferro (la reazione e endotermica) come e' possibile che la terra contenga elementi che hanno numero di neutroni, protoni ed elettroni superiori al ferro?

Bella domanda
Gli elementi di numero atomico superiore al ferro si formano grazie alla "cattura di neutroni" durante la fase esplosiva di una supernova. I nuclei più pesanti (in genere ferro) catturano rapidamente molti neutroni aumentando il peso atomico, e alcuni dei neutroni decadono in un protone e in un elettrone, aumentando anche il numero atomico. Svolgendo i calcoli si osserva che il processo è abbastanza veloce da creare gli elementi più pesanti (fino all'uranio).
http://curious.astro.cornell.edu/que...php?number=345

[Jo3]

Originariamente inviato da Guts

la densità dell'universo era maggiore perchè l'universo è in espansione? cosa dice la teoria più accreditata al riguardo(visto che penso ce ne siano molte)? se l'universo si espande dovrebbe essere di dimensione finita no o ci sono altre ipotesi?

Se consideri che la velocita' della luce e' 300.000 km/sec, e che e' stimato che il big bang e' avvenuto circa 30 miliardi di anni fa (circa) potrai stimare che l'uomo puo osservare lo spazio dalla terra sino a una distanza pari a 300.000 km/sec x 30 miliardi di anni.

Oltre, e' impossibilitato.

In altre parole,

se guardando una stella, osserviamo in realta' un immagine del passato (poiche' la luce impiega del tempo per raggiungere la terra) e se l'universo si e' formato 30 miliardi di anni fa, puoi renderti conto sino a dove la dimensione ove risiede l'uomo si puo spingere.

P.S : questa teoria e' valida laddove lo spazio cosmico ha una densita' estremamente bassa, e la gravita' non curva l'orizzonte temporale degli eventi.

[Banus]

Originariamente inviato da Jo3

Se consideri che la velocita' della luce e' 300.000 km/sec, e che e' stimato che il big bang e' avvenuto circa 30 miliardi di anni fa (circa)

13,7 miliardi di anni fa più o meno 200 milioni [ 1 ]
(potenza della cosmologia di precisione )

Infatti l'universo osservabile è finito (e legato all'età dell'universo)

[Jo3]

Originariamente inviato da Banus

13,7 miliardi di anni fa più o meno 200 milioni [ 1 ]
(potenza della cosmologia di precisione )

Infatti l'universo osservabile è finito (e legato all'età dell'universo)

Di tutto questo, una teoria ancora mi sfugge : se non esiste un punto assoluto nell'universo, possibile che due corpi si allontanino tra di loro la cui somma superi quella della luce : ergo tali corpi a rigor di logica non potranno mai vedersi.

Da tal spiegazione, l'unico modo per osservare tali corpi e' quello tramite luce riflessa, ma anche in questo caso l'assenza di luce fornisce la presenza di tali corpi.

Allora, come 'e possibile che tutti gli oggetti osservati indirettamente siano catalogati come buchi neri?

[Banus]

Originariamente inviato da Jo3

Di tutto questo, una teoria ancora mi sfugge : se non esiste un punto assoluto nell'universo, possibile che due corpi si allontanino tra di loro la cui somma superi quella della luce : ergo tali corpi a rigor di logica non potranno mai vedersi.

Esatto: infatti quando si parla di universo osservabile si parla anche di "orizzonte comovente", che consiste nella superficie a massima distanza osservabile in un dato punto dell'universo; ovviamente varia di posizione al variare del punto scelto. In realtà non siamo in grado di osservare così lontano, perchè la prima luce che ci può raggiungere è quella radiazione cosmica di fondo, 380000 dopo il Big Bang.
Molti degli oggetti lontani, che osserviamo nei telescopi, "attualmente" (la definizione di tempo non è banale in relatività) si allontanano già a velocità superiori a quella della luce.

Da tal spiegazione, l'unico modo per osservare tali corpi e' quello tramite luce riflessa, ma anche in questo caso l'assenza di luce fornisce la presenza di tali corpi.

Nemmeno, perchè se la luce emessa non è in grado di raggiungerci, l'oggetto è del tutto irraggiungibile, in qualsiasi modo. In gergo si dice che è "casualmente disconnesso" da noi: dal nostro punto di vista è come se non esistesse.

Allora, come 'e possibile che tutti gli oggetti osservati indirettamente siano catalogati come buchi neri?

Non è detto, anche molte stelle di neutroni oppure oggetti particolarmente sfuggenti (come le nubi di idrogeno molecolare) sono osservati in base ai loro effetti
Di fatto tutti gli oggetti abbastanza massivi e compatti, in base alle nostre conoscenze attuali non possono essere che buchi neri; quindi quando gli astronomi li osservano (come al centro della Galassia) tirano le loro conclusioni di conseguenza

[Jo3]

Originariamente inviato da Banus

Esatto: infatti quando si parla di universo osservabile si parla anche di "orizzonte comovente", che consiste nella superficie a massima distanza osservabile in un dato punto dell'universo; ovviamente varia di posizione al variare del punto scelto. In realtà non siamo in grado di osservare così lontano, perchè la prima luce che ci può raggiungere è quella radiazione cosmica di fondo, 380000 dopo il Big Bang.
Molti degli oggetti lontani, che osserviamo nei telescopi, "attualmente" (la definizione di tempo non è banale in relatività) si allontanano già a velocità superiori a quella della luce.

Questa teoria dell'espansione in accelerazione dell'universo dovrebbe portare ad un effetto doppler, il quale dovrebbe acccentuarsi con l'accelereare progressivo dei corpi cosmici in movimento.
In tal caso, il tempo di distanza degli oggetti non dovrebbe essere lineare, ma accelerato : ergo dovremmo accorgerci dell'improvvisa scomparsa dei corpi celesti prima che questi escano dal nostro orizzonte comovente

Nemmeno, perchè se la luce emessa non è in grado di raggiungerci, l'oggetto è del tutto irraggiungibile, in qualsiasi modo. In gergo si dice che è "casualmente disconnesso" da noi: dal nostro punto di vista è come se non esistesse.

E' vero, ma potrebbe ancora essere osservato se esso si trova casualmente tra noi e una fonte di luce (un quasar, un ammasso di stelle) : in questo caso l'assenza di luce dovrebbe far risaltare l'anomalia.

[Banus]

Originariamente inviato da Jo3

Questa teoria dell'espansione in accelerazione dell'universo dovrebbe portare ad un effetto doppler, il quale dovrebbe acccentuarsi con l'accelereare progressivo dei corpi cosmici in movimento.

Perchè ci sia effetto doppler non è necessaria l'accelerazione, basta la velocità. La formula per l'effetto doppler in relatività comunque viene modificata (e l'effetto si accentua asintoticamente avvicinandosi a c). Inoltre quando si parla di velocità superluminali si considera sempre la velocità al tempo attuale, vale a dire l'aumento di distanza su una linea a parità di tempo dal Big Bang. Se invece si considera la velocità apparente di recessione (da usare quando si calcola l'effetto doppler), si ottengono sempre risultati < c. Per approfondire puoi vedere qui.

In tal caso, il tempo di distanza degli oggetti non dovrebbe essere lineare, ma accelerato : ergo dovremmo accorgerci dell'improvvisa scomparsa dei corpi celesti prima che questi escano dal nostro orizzonte comovente

In un universo in accelerazione gli oggetti dentro il nostro orizzonte sono destinati ad uscirne nuovamente. Ma la relatività non prevede un'uscita "improvvisa", ma un rallentamento progressivo man mano che la velocità apparente si avvicina a c, fin quando l'oggetto diventa troppo debole per essere osservato. E' una situazione molto simile a quella di un oggetto che cade in un buco nero: non vediamo mai l'istante di attraversamento dell'orizzonte, ma solo un avvicinamento asintotico.

E' vero, ma potrebbe ancora essere osservato se esso si trova casualmente tra noi e una fonte di luce (un quasar, un ammasso di stelle) : in questo caso l'assenza di luce dovrebbe far risaltare l'anomalia.

Sarebbe una situazione non possibile perchè in un universo omogeneo come il nostro un'eventuale sorgente di luce più lontana dell'oggetto superluminale si allontanerebbe a una velocità ancora maggiore, e sarebbe invisibile anch'essa.

[Jo3]

Originariamente inviato da Banus

Perchè ci sia effetto doppler non è necessaria l'accelerazione, basta la velocità. La formula per l'effetto doppler in relatività comunque viene modificata (e l'effetto si accentua asintoticamente avvicinandosi a c). Inoltre quando si parla di velocità superluminali si considera sempre la velocità al tempo attuale, vale a dire l'aumento di distanza su una linea a parità di tempo dal Big Bang. Se invece si considera la velocità apparente di recessione (da usare quando si calcola l'effetto doppler), si ottengono sempre risultati < c. Per approfondire puoi vedere qui.

Corretto : un ultima domanda : se noi misuriamo la distanza tra gli astri in base ad un mero calcolo di parallasse, e di luce ricevuta da questi oggetti, e questa luce riflette un immagine del passato, come si introduce una costante di correzione per quanto riguarda la distanza reale?

[lowenz]

Originariamente inviato da Jo3

Corretto : un ultima domanda : se noi misuriamo la distanza tra gli astri in base ad un mero calcolo di parallasse, e di luce ricevuta da questi oggetti, e questa luce riflette un immagine del passato, come si introduce una costante di correzione per quanto riguarda la distanza reale?

Reale? Ricordo che la stella che stiamo guardando potrebbe anche essere già morta "realmente"

[Banus]

Originariamente inviato da Jo3

Corretto : un ultima domanda : se noi misuriamo la distanza tra gli astri in base ad un mero calcolo di parallasse, e di luce ricevuta da questi oggetti, e questa luce riflette un immagine del passato, come si introduce una costante di correzione per quanto riguarda la distanza reale?

Per quegli oggetti la parallasse è del tutto inutile, perchè è efficace solo fino a qualche centinaio di anni luce. Per misurare la distanza delle galassie vicine si usano le cosidette "candele standard" (cefeidi, supernove 1a) e per gli oggetti più lontani il redshift è l'unico metodo applicabile.
In ogni caso, nota la costante di Hubble (più in generale, il modello cosmologico) e il redshift non si fa altro che estrapolare l'espansione in modo da dedurre la posizione attuale dell'oggetto (posto che esista ancora, come fa notare giustamente lowenz ).
Preciso comunque che le distanze dei quasar e di altri oggetti lontani riportate dagli articoli non sono quelle attuali, e corrispondono invece allo spazio che ha dovuto percorrere la luce fino a raggiungerci (quindi è una specie di "integrale" sull'espansione).

[lowenz]

Cmq - nota espistemologica a latere - il problema della limitatezza delle nostre capacità di misurazione (che spesso finiscono solo per essere stime per estrapolazione quando analizziamo oggetti così remoti) ben mostra quanto spinoso sia il problema del "Cosa è reale e cosa non lo è" e dell'uso di tale parola in contesti che sfuggono ai tempi e spazi su cui siamo "tarati" noi esseri umani