Stelle di sequenza principale: Definizione e ciclo di vita

Le stelle di sequenza principale fondono atomi di idrogeno per formare atomi di elio nei loro nuclei. Circa il 90% delle stelle dell’universo, compreso il sole, sono stelle di sequenza principale. Queste stelle possono variare da circa un decimo della massa del sole fino a 200 volte più massicce.

Le stelle iniziano la loro vita come nubi di polvere e gas. La gravità attira queste nubi insieme. Si forma una piccola protostella, alimentata dal materiale che collassa. Le protostelle si formano spesso in nubi di gas molto dense e possono essere difficili da individuare.

“La natura non forma stelle isolate”, ha detto Mark Morris, dell’Università della California a Los Angeles (UCLS), in una dichiarazione. “Le forma in ammassi, da nubi natali che collassano sotto la loro stessa gravità.”

I corpi più piccoli – con meno di 0,08 della massa del sole – non possono raggiungere la fase di fusione nucleare nel loro nucleo. Invece, diventano nane brune, stelle che non si accendono mai. Ma se il corpo ha una massa sufficiente, il gas e la polvere che collassano bruciano più caldi, raggiungendo alla fine temperature sufficienti per fondere l’idrogeno in elio. La stella si accende e diventa una stella di sequenza principale, alimentata dalla fusione dell’idrogeno. La fusione produce una pressione verso l’esterno che si bilancia con la pressione interna causata dalla gravità, stabilizzando la stella.

Quanto tempo vive una stella di sequenza principale dipende da quanto è massiccia. Una stella di massa maggiore può avere più materiale, ma lo brucia più velocemente a causa delle temperature più alte del nucleo causate da forze gravitazionali maggiori. Mentre il sole passerà circa 10 miliardi di anni sulla sequenza principale, una stella 10 volte più massiccia resterà in giro solo per 20 milioni di anni. Una nana rossa, che ha la metà della massa del sole, può durare da 80 a 100 miliardi di anni, molto di più dell’età dell’universo di 13,8 miliardi di anni. (Questa lunga durata è uno dei motivi per cui le nane rosse sono considerate buone fonti per i pianeti che ospitano la vita, perché sono stabili per un tempo così lungo).

Stella luminosa

Più di 2.000 anni fa, l’astronomo greco Ipparco fu il primo a fare un catalogo delle stelle in base alla loro luminosità, secondo Dave Rothstein, che ha partecipato al sito web “Ask An Astronomer” della Cornell University nel 2003.

“Fondamentalmente, guardava le stelle nel cielo e le classificava in base alla loro luminosità – le stelle più luminose erano ‘magnitudine 1’, le successive più luminose erano ‘magnitudine 2’, ecc, fino alla ‘magnitudine 6’, che erano le stelle più deboli che poteva vedere”, ha scritto Rothstein.

Gli strumenti moderni hanno migliorato le misurazioni della luminosità, rendendole più precise.

All’inizio del XX secolo, gli astronomi hanno capito che la massa di una stella è legata alla sua luminosità, o quanta luce produce. Entrambi sono legati alla temperatura stellare. Le stelle 10 volte più massicce del sole brillano più di mille volte tanto.

La massa e la luminosità di una stella sono anche legate al suo colore. Le stelle più massicce sono più calde e più blu, mentre quelle meno massicce sono più fredde e hanno un aspetto rossastro. Il sole cade nel mezzo dello spettro, dandogli un aspetto più giallastro.

“La temperatura superficiale di una stella determina il colore della luce che emette”, secondo l’Osservatorio mondiale Las Cumbres. “Le stelle blu sono più calde delle stelle gialle, che sono più calde delle stelle rosse.”

Questa comprensione ha portato alla creazione di un grafico noto come diagramma di Hertzsprung-Russell (H-R), un grafico delle stelle basato sulla loro luminosità e colore (che a sua volta mostra la loro temperatura). La maggior parte delle stelle si trova su una linea nota come “sequenza principale”, che va dall’alto a sinistra (dove le stelle calde sono più luminose) al basso a destra (dove le stelle fredde tendono ad essere più fioche).

Quando le stelle si spengono

Finalmente, una stella della sequenza principale brucia l’idrogeno nel suo nucleo, raggiungendo la fine del suo ciclo vitale. A questo punto, lascia la sequenza principale.

Le stelle più piccole di un quarto della massa del sole collassano direttamente in nane bianche. Le nane bianche non bruciano più la fusione al loro centro, ma irradiano ancora calore. Alla fine, le nane bianche dovrebbero raffreddarsi in nane nere, ma le nane nere sono solo teoriche; l’universo non è abbastanza vecchio per le prime nane bianche per raffreddarsi sufficientemente e fare la transizione.

Le stelle più grandi trovano i loro strati esterni che collassano verso l’interno fino a quando la temperatura è abbastanza calda da fondere l’elio in carbonio. Poi la pressione della fusione fornisce una spinta verso l’esterno che espande la stella diverse volte più grande della sua dimensione originale, formando una gigante rossa. La nuova stella è molto più fioca di quando era una stella di sequenza principale. Alla fine, il sole formerà una gigante rossa, ma non preoccupatevi – non accadrà ancora per un po’.

“Tra circa cinque miliardi di anni, dopo che il sole sarà diventato una gigante rossa e avrà ridotto la Terra in cenere, espellerà la sua bellissima nebulosa e poi svanirà come stella nana bianca”, ha detto Howard Bond, dello Space Telescope Science Institute nel Maryland, in una dichiarazione.

Se la stella originale aveva fino a 10 volte la massa del sole, brucia il suo materiale entro 100 milioni di anni e collassa in una nana bianca super-densa. Le stelle più massicce esplodono in una violenta morte per supernova, spargendo gli elementi più pesanti formati nel loro nucleo in tutta la galassia. Il nucleo rimanente può formare una stella di neutroni, un oggetto compatto che può presentarsi in una varietà di forme.

La lunga durata delle nane rosse significa che anche quelle formatesi poco dopo il Big Bang esistono ancora oggi. Alla fine, però, questi corpi di bassa massa bruceranno il loro idrogeno. Diventeranno sempre più fioche e fredde, e alla fine le luci si spegneranno.

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