Struttura Cosmica e Ciclo Vitale delle Stelle: Dalla Sequenza Principale ai Giganti Rossi

Contesto Iniziale

A causa di ciò (si noti che l'espansione dell'universo si è verificata quando la sua temperatura era di 3000 K (Weinberg, 1977)).

2.2 Evoluzione Stellare e Gerarchia Cosmica

La materia nell'universo è organizzata in una gerarchia di corpi celesti, elencati di seguito in ordine decrescente di dimensioni:

• Ammassi di galassie
• Galassie
• Stelle, pulsar e buchi neri
• Pianeti e satelliti
• Comete
• Asteroidi
• Meteoroidi
• Polvere
• Molecole
• Atomi di Idrogeno (H) ed Elio

Scala Subatomica e Mezzo Intergalattico

Sulla scala subatomica, lo spazio tra stelle e galassie è pieno di raggi cosmici (particelle nucleari) e fotoni (luce).

Le stelle sono le unità di base della gerarchia dei corpi celesti che continuano ad evolversi tramite reazioni nucleari. Molti miliardi di stelle si raggruppano insieme per formare una galassia, e un gran numero di galassie sono associate in ammassi galattici. Le stelle possono avere compagni stellari in orbita o pianeti, inclusi corpi che mostrano *burst* spettrali quando si avvicinano alle stelle nella loro orbita eccentrica. I pianeti del nostro sistema solare hanno i loro satelliti. Lo spazio tra Marte e Giove contiene gli asteroidi, molti dei quali sono frammenti di grandi organismi che sono stati rotti da urti e forze gravitazionali di Giove e Marte. I pezzi di asteroidi hanno colpito sotto forma di meteoriti sulla superficie di pianeti e dei loro satelliti e hanno lasciato una traccia di questi eventi nei crateri.

Il Mezzo Interstellare (ISM)

In una scala ancora più piccola, lo spazio tra le stelle contiene nubi di particelle di gas e solidi. Il gas è composto principalmente da idrogeno ed elio prodotti durante l'espansione iniziale dell'universo. Inoltre, il mezzo interstellare contiene elementi con numero atomico più alto che sono stati sintetizzati dalle reazioni nucleari all'interno delle stelle che sono esplose. Una terza componente è costituita da composti di idrogeno e carbonio che sono i precursori della vita. Queste nubi di gas e polvere possono contrarsi per formare nuove stelle la cui evoluzione dipende dalla loro massa e dal rapporto H/He della nuvola di gas da cui si sono formate.

Nascita e Classificazione Stellare

L'evoluzione delle stelle può essere descritta specificando la loro luminosità e temperature superficiali. La luminosità di una stella è proporzionale alla sua massa e la temperatura superficiale (o colore) è un indicatore di volume. Quando una nube di gas interstellare si contrae, la temperatura si alza e comincia a irradiare nella regione infrarossa e visibile dello spettro. Quando la temperatura interna della nube di gas raggiunge circa $2 \times 10^6$ K, la produzione di energia dalla fusione dell'idrogeno diventa possibile, e una stella è nata.

La maggior parte della vita di una stella tipica della galassia deriva da questo processo e si colloca quindi in una banda chiamata la *Sequenza Principale* del diagramma Hertzsprung-Russell (mostrato nella Figura 2.1). Le stelle massicce, dette *giganti blu*, hanno alta luminosità e temperatura superficiale elevata. Il Sole è una stella di massa intermedia e ha una temperatura superficiale di circa 5800 K. Le stelle meno massicce del Sole sono chiamate *nane rosse* e si collocano all'estremità inferiore della sequenza principale.

Transizione dalla Sequenza Principale ai Giganti Rossi

Quando una stella, come una cinque volte più massiccia del Sole, converte l'idrogeno in elio mentre si trova nella sequenza principale, la densità del nucleo aumenta, portando l'interno della stella a contrarsi. La temperatura del nucleo aumenta quindi lentamente durante la combustione dell'idrogeno. La temperatura più elevata accelera la reazione di fusione e provoca l'espansione dell'involucro esterno della stella. Tuttavia, quando il nucleo esaurisce l'idrogeno, il tasso di produzione di energia diminuisce e la stella si contrae, alzando la temperatura interna che rimane elevata.

Il sito di produzione di energia si sposta ora dal nucleo al guscio circostante (*shell*). Il cambiamento di luminosità e temperatura superficiale fa sì che la stella si allontani dalla sequenza principale, entrando nel regno dei *giganti di colore rosso* (Figura 2.1). L'elio prodotto dalla fusione dell'idrogeno nel guscio si accumula nel nucleo, che continua a contrarsi, diventando ancora più caldo. La conseguente espansione dell'involucro abbassa la temperatura della superficie e rende il colore rosso. Allo stesso tempo, il serbatoio in cui l'idrogeno