Cos'è una stella? [I]

Stelle, stelle, stelle.
Le vediamo luccicare tutte le sere sopra di noi come compagne che mai si stancano di mostrare la loro siderale bellezza.
Cos'è una stella. Ve lo siete mai chiesti?
A qualcuno, parlando di stelle, verrà in mente il Sole; altri penseranno alle miriadi di punti bianchi in cielo; altri ancora diranno: boh!!!

Per capire cos'è una stella, partiamo dalla nostra esperienza quotidiana:
il Sole, la stella a noi più vicina.

Possiamo dire che le stelle sono oggetti che "stanno" in cielo, che illuminano e scaldano.

In questa semplice frase ci sono questioni di fisica molto profonde.
Paura? Nooo.

Guardiamole una per una in modo semplice.

• Cosa vuol dire che una stella sta in cielo?
  Oltre la Terra, fuori dall'atmosfera, c'è uno spazio immenso (che difficilmente riusciamo a concepire senza usare i numeri) nel quale si trovano altri oggetti (tra cui le stelle) che non hanno bisogno della Terra per esistere e per muoversi.
• Illuminare, vuol dire produrre luce, visibile ai nostri occhi.
  Sì, perché i nostri organi visivi percepiscono solo una piccola frazione delle radiazioni che arrivano a noi dal cielo.
• In fine ci chiediamo: cosa vuol dire scaldare?
  Significa produrre raggi infrarossi che a noi uomini danno la sensazione di calore.

Siamo sulla buona strada per capire cos'è una sella ma dobbiamo ancora fare qualche altro passo avanti.

Immaginatevi una lampadina nello spazio attaccata ad un lunghissimo cavo elettrico. Cosa fa questa lampadina: beh si trova nello spazio ed emette radiazione elettromagnetica che illumina e scalda (anche se poco).

Pertanto, secondo quanto detto fino ad ora, anche una lampadina potrebbe essere considerata una stella... ma non è così, e adesso lo vediamo meglio!

Per semplificare il discorso iniziamo a definire meglio una stella come è un miscuglio di gas (composto da molecole, atomi, ioni ed elettroni) ad elevata temperatura che genera radiazione elettromagnetica¹.

Ritorniamo alle lampadine: con la definizione appena data abbiamo escluso parecchie lampadine, ma non tutte. Non abbiamo escluso quelle al Neon che funzionano con del gas.

Nello spazio, inoltre, esistono nubi di "gas caldo" che emettono radiazione elettromagnetica e che non sono stelle.

Allora riflettiamo ancora un po'!
Vi vengono in mente anche altre proprietà tipiche delle stelle?
A me ne saltano subito all'occhio due:

• Il Sole è una specie di "palla"
• Noi gli ruotiamo attorno. 

Per quanto banali possano sembrare, queste due caratteristiche sono importanti per definire una stella e sono il frutto della stessa "proprietà":  le stelle sono oggetti autogravitanti. 
Questa "nuova" parola ha un ruolo determinante nella definizione di stella. 
Allora, vediamo...

... cosa vuol dire autogravitante?

Significa che la stella rimane insieme (e ha la forma di sfera) per effetto della forza di gravità (quella che ci fa tornare a terra quando facciamo un salto) generata dalla materia di cui essa stessa è fatta.
Ciascuna delle innumerevoli particelle che compongono la stella attrae verso di sé, con una piccolissima forza di gravità, tutto ciò che le sta attorno.
Gli effetti di attrazione di una singola particella è infinitesimo ma l'unione di miliardi di miliardi di miliardi... di piccole forze di gravità produce una forza di intensità elevata.

Questa forza di gravità svolge principalmente due funzioni:

• Tiene unito il gas che compone la stella, dandogli una forma di sfera
• Attrae verso sé gli oggetti vicini, dato che si espande verso l'esterno.

Bene. Allora sorgerà spontanea la domanda se...

... una stella è tenuta insieme solo dalla gravità?

Se così fosse, la gravità tenderebbe a far concentrare tutta la massa in un punto centrale. I fisici chiamano questo processo "collasso": una sorta d'implosione.
Dalle osservazioni degli astronomi si vede che le stelle non collassano tanto facilmente. Lo fanno solo nelle fasi finali della loro vita. Per la maggior parte del tempo le stelle rimangono più o meno delle stesse dimensioni con le stesse caratteristiche fisiche (temperatura e pressione). La stella è, in questo caso, in equilibrio.
Per fortuna, perché altrimenti non ci sarebbe stata vita sulla Terra. Allora ci chiediamo...

... cosa fa rimanere in equilibrio la stella?

C'è una forza capace di contrastare, fino a bilanciare, la gravità?
Per capire ciò, è più comodo porsi una domanda leggermente diversa:
cosa succede quando comprimiamo un gas?
Succede che il gas si "compatta" in uno spazio via via più piccolo ma più lo si comprime più si sentirà una forza che tende a opporsi alla nostra compressione. Una sorta di ribellione del gas.

È ciò che succede nelle stelle.
La gravità comprime il gas finché il gas non "reagisce" a sufficienza da contrastare completamente la gravità generata della stella. Tale "reazione" viene chiamata pressione del gas. Una forza che il gas esercita in contrapposizione alla compressione generata dalla gravità. Quando il gas riesce a fermare il collasso, la stella raggiunge l'equilibrio.

Un corpo sotto pressione...

Ciò che possiamo immaginare è che la stella sia un corpo al cui centro ci siano pressioni elevatissime, sicuramente maggiori che in superficie. È vero e ciò accade perché gli strati più interni devono sopportare tutto il peso degli strati esterni.

Allora ci possiamo chiedere:
cosa succede ad un gas sotto alta pressione?
La risposta è abbastanza semplice e la si può immaginare anche attraverso l'esperienza quotidiana. Un gas sotto pressione si scalda, raggiungendo temperature sempre più elevate.
In particolare al centro delle stelle i gas raggiungono temperature anche di decine di milioni di gradi.
A tali temperature si innescano le reazioni termonucleari che trasformano elementi leggeri (l'idrogeno) in elementi più pesanti (l'elio). In questo processo viene prodotta una grande quantità di radiazione elettromagnetica che da una parte contribuiscono a sostenere la stella, dall'altra fa si che le stelle siano luminose e scaldino!

Abbiamo chiuso il cerchio! :)

Ricapitolando, possiamo dire che:

una stella è un corpo celeste autogravitante, formato da gas (plasma) ad alta temperatura che genera radiazioni elettromagnetiche attraverso reazioni termonucleari.

Ok. Direi che per ora sia abbastanza...


Note

• ¹ Con radiazione elettromagnetica s'intende quella radiazione che comprende anche la luce, formata dall'interazione tra campi elettrici e magnetici. La radiazione elettromagnetica è formata dalle onde radio, dai raggi infrarossi, dalla luce visibile, dai raggi ultravioletti, dai raggi X e dai raggi gamma. 

Fonti e Approfondimenti

• "An introduction to Modern Astrophysics" di B. W. Carroll, D. A. Ostlie, edito da Addison Wesley
  

Ringraziamenti

• L'immagine del Sole è stata presa da Wikipedia.
  

(modifiche: 04-04-2008, 01-10-2008, 18-10-2009, 10-06-2011)