13 – La Storia della Stella Minore: Il Diamante del Cosmo

Indice

• La fusione si arresta al Carbonio
• La materia degenere
• La nebulosa planetaria
• La nana bianca, il diamante del cosmo

La fusione si arresta al Carbonio

[amazon_link asins=’8864733027′ template=’ProductAd’ store=’astronomia04-21′ marketplace=’IT’ link_id=’c498b55c-000d-412e-aba0-91d7f839d343′]Nel Capitolo precedente avevamo lasciato le due stelle entrambe composte da un nucleo di carbonio, circondato da strati di elio e idrogeno. A questo punto, i nuclei di carbonio, come prima i nuclei di elio, iniziano a collassare su loro stessi, comprimendosi sempre di più, mentre gli strati esterni si gonfiano ancora una volta. Il collasso continuerà, finché qualcosa non lo arresterà.

Abbiamo anche descritto come il collasso dei nuclei stellari composti da idrogeno e da elio si arresta con la fusione nucleare, che rilasciando energia porta l’astro a stabilizzarsi. Ma per la nostra stellina, con massa analoga a quella del Sole, ciò non può accadere con il nucleo di carbonio, e sappiamo anche il perché. Il carbonio è un elemento più pesante dell’elio, con un maggior numero di protoni che si respingono l’un l’altro, e richiede quindi più energia per fondersi.

Per produrre gravitazionalmente questa quantità di energia, occorre disporre di una massa notevole, almeno 8 volte quella del Sole. Pertanto le stelle medio-piccole, come la protagonista di questa puntata, devono rinunciare a fondere elementi più pesanti del carbonio. Il nucleo stellare perciò continua a collassare, finché raggiunge condizioni estreme di pressione e temperatura che bloccano l’implosione. In queste condizioni, la materia non si presenta nello stato fisico normale, ma diventa degenere.

La materia degenere

Proviamo a capire cosa succede a questo punto alla materia. Per farlo dobbiamo conoscere, o ricordare, alcune informazioni importanti sulla materia:

• le particelle, come gli elettroni, possono trovarsi in diversi livelli energetici
• di norma le particelle tendono a stare nel livello energetico più basso disponibile
• secondo il principio di Pauli, normalmente in ogni livello energetico non ci possono stare più di due elettroni.

Nelle condizioni estreme in cui si trova la nostra stella, quando la materia è schiacciata a densità elevatissime, la stragrande maggioranza degli elettroni viene compressa all’interno dei pochi altri livelli energetici disponibili. Questo genera una pressione che controbilancia il collasso gravitazionale.

La Nebulosa Planetaria

La stella, quindi, è ora composta da un nucleo di carbonio stabile, circondato da strati esterni di elio e idrogeno che possono estendersi fino a diverse volte la distanza tra la Terra e il Sole (poco meno di 150.000 milioni di km). Questo involucro infine viene espulso nello spazio, creando la cosiddetta Nebulosa Planetaria. Attenzione: il termine non deve trarre in inganno. Gli antichi astronomi pensavano si trattasse di pianeti, da qui il nome che è rimasto oggi, ma questi oggetti sono tutt’altro che pianeti… sono nuvole di gas, idrogeno ed elio, che la stella mette a disposizione del Cosmo, anche per creare altre stelle.

La Nana Bianca, il diamante del cosmo

Espulso l’involucro esterno, ciò che rimane è un blocco di carbonio degenere, di massa analoga a quella del Sole ma compressa in un diametro simile a quello terrestre. Una materia densissima quindi, circa un milione di volte più dell’acqua.  Un cucchiaino sulla Terra peserebbe più di un’automobile! La stella ha raggiunto la sua ultima fase di vita, diventando una Nana Bianca.

Le nane bianche sono gli antichi gioielli di famiglia del Cosmo. Composte da carbonio cristallizzato, esse sono, a tutti gli effetti, enormi diamanti scintillanti.

La nana bianca è inizialmente caldissima, la più calda individuata raggiunge i 150 000 K, ed emette pertanto luce alle lunghezze d’onda più corte, di colore bianco. Sul diagramma HR, la troviamo fuori dalla sequenza principale, in basso a sinistra, cioè tra gli oggetti con una temperatura superficiale alta (bianco – azzurra) ma con una magnitudine assoluta molto bassa (è un oggetto di piccole dimensioni, e quindi la superficie che irradia è altrettanto piccola).

La sua luce non è prodotta da reazioni nucleari, ma è frutto dell’energia immagazzinata internamente che viene rilasciata. Perciò, col passare del tempo perderà gradualmente calore, fino ad esaurirsi completamente, diventando una cosiddetta “nana nera”. Un processo lentissimo però; si stima infatti che occorrano almeno un milione di miliardi di anni prima che una nana bianca raggiunga la temperatura di 5K. E poiché l’Universo ha “solo” 13.8 miliardi di anni, ciò le rende quasi immortali.

Insomma: la stellina di popolazione III di cui stiamo narrando la biografia, formatasi quando il Cosmo era appena nato (200 milioni di anni dopo il Big Bang), è ancora lì da qualche parte. E’ difficile da individuare a causa del suo bagliore fioco, ma c’è. Trascorre un’esistenza tranquilla, forse un po’ noiosa, a meno che qualche evento nelle vicinanze non disturbi la sua quiete (come vedremo nel Capitolo successivo).

Ma la sua saggezza non ha uguali, in quanto lei era presente fin dall’inizio. Non è affetta da manie di protagonismo, come l’amica più grande, ma ciò non significa che sia meno importante. Gli elementi chimici che ha prodotto, espulsi sotto forma di nebulosa planetaria, hanno arricchito l’Universo. Il suo nucleo, invece, si conserva, come un gioiello immutabile in un antico scrigno, aspettando di venire scoperto da chi saprà leggere in lei la storia.

Questo è il destino che attende il nostro Sole: dopo aver riscaldato e nutrito gli esseri viventi sulla Terra e regnato sul suo sistema stellare, donerà nuovi elementi allo spazio e si trasformerà in un preziosissimo, eterno diamante.