Il Sole: una stella riciclata

Le reazioni che avvengono nelle stelle
Nelle stelle la materia si trova allo stato di plasma, questo stato è caratterizzato dal fatto che non esistono più legami molecolari ed i gas sono formati da elettroni liberi e da nuclei atomici, tali nuclei sono essenzialmente di Idrogeno ed Elio che, essendo sempre in movimento a causa delle elevate temperature, possono collidere così violentemente da provocare una reazione di fusione nucleare.
In breve le reazioni che avvengono nelle stelle sono:
1. La catena protone-protone – tipica di tutte le stelle
A seguito di questa catena di reazioni vengono utilizzati quattro nuclei 1H+ per la formazione di ogni 4He+.
2. Triplice processo alfa – tipico di tutte le stelle
Tre nuclei di elio-4 4He+ reagiscono e formano prima il Berillio 8Be+ (da due nuclei di 4He+) poi il Carbonio 12C+.
3. Ciclo Carbonio-Ossigeno – stelle di almeno una massa solare
Nuclei di Carbonio reagiscono e formano Ossigeno.
4. Ciclo Carbonio-Azoto – stelle di massa superiore a due masse solari
In queste stelle le temperature sono sufficienti a fondere il Carbonio ed ottenere Azoto.
5. La formazione del Ferro – stelle di massa molto superiore a quella solare
Il limite per la fusione degli elementi per stelle di ogni grandezza è costituito dal nucleo del Ferro. Ed allora come si formano gli elementi successivi al Ferro?
Gli astro-fisici ritengono che questi nuclei più pesanti si producano nel corso delle esplosioni di supernovae e novae, dove si formano nuclei appena più pesanti del Ferro, attraverso un processo noto come “cattura neutronica”. In sostanza, i nuclei di elementi già relativamente pesanti catturano dei neutroni, che li rendono ancora più massicci. Poi, tramite decadimento ß- i neutroni si trasformano in protoni aumentando il numero atomico, formando i nuclei degli elementi mancanti.

Spettro di assorbimento delle radiazioni solari
Alcune frequenze vengono assorbite dagli elementi presenti nel sole, pertanto si osservano nello spettro delle bande nere, dette bande di assorbimento. L’analisi spettroscopica della luce solare, oltre a rilevare temperatura, densità e movimenti relativi grazie all’effetto Doppler, permette un’accurata analisi chimica dei suoi costituenti.

Ma come è possibile che nel sole ci siano elementi, come il Ferro, che non possono essere prodotti dalle reazioni nucleari che avvengono nel sole?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo passare in rassegna alcune delle ultime fasi della vita delle stelle più grandi. Stelle aventi una massa superiore a due masse solari, prima di ridursi allo stadio di “nane bianche”, espellono i loro strati più esterni che danno origine a nubi sferiche di gas in espansione dette nebulose planetarie. Stelle di massa compresa fra le quattro e le otto masse solari attraverso un’ulteriore fase: quella di nova. Questa è una vera e propria esplosione stellare, che si manifesta con un improvviso aumento di luminosità, che tornerà ai livelli originari nel giro di un anno. Se la massa della stella è invece superiore ad otto masse solari l’esplosione stellare sarà di dimensioni superiori, e verrà chiamata supernova. Sia le nebulose planetarie che le novae e le supernovae vanno ad “arricchire” con gli elementi e le particelle emesse la materia interstellare, e quindi anche la materia facente parte delle nebulose oscure dove, in addensamenti di grandi quantità di polveri e gas detti globuli di Bok, che appaiono come nuclei scuri nettamente circoscritti all’interno della diffusa luminosità delle nebulose stesse, nasceranno nuove stelle. All’interno dei globuli, infatti, possono innescarsi moti turbolenti (a causa, per esempio, dell’onda d’urto provocata dall’esplosione di una nova o di una supernova) che frammentano i globuli in ammassi più piccoli, all’interno dei quali la reciproca attrazione gravitazionale tra le particelle della nebulosa, costrette ad avvicinarsi, dà inizio ad un processo di aggregazione. Con il proseguire dell’addensamento e della contrazione l’energia gravitazionale si trasforma in energia cinetica, e di conseguenza aumenta la temperatura del corpo gassoso che si trasforma così in una protostella, da cui partono gran copia di radiazioni infrarosse. A causa della forza di gravità la contrazione prosegue ed il nucleo della protostella si riscalda, ma se la massa iniziale è scarsa (qualche centesimo della massa del sole) la temperatura non arriva a far innescare le reazioni termonucleari: la contrazione si arresta ed il corpo si raffredda lasciando un’oscura nana bruna (un esempio nel nostro sistema solare è Giove che sta disperdendo l’energia accumulata nelle prime fasi della sua vita tramite il moto di rotazione su se stesso e gli imponenti fenomeni che si manifestano nella sua atmosfera). Se invece la massa è sufficiente la protostella continua a riscaldarsi fino a raggiungere temperature di 15 milioni di gradi Kelvin, sufficienti a far innescare il processo termonucleare di trasformazione dell’idrogeno in elio (catena protone-protone). La nuova stella raggiunge così una fase di stabilità in cui la forza gravitazionale che tenderebbe a farla collassate su se stessa e la forza generata dal meccanismo di fusione termonucleare che tenderebbe a farla espandere si equilibrano. In conclusione possiamo dire che è lecito parlare del sole come di una “stella riciclata” in quanto, di fatto, fra le componenti che costituivano il globulo di Bok da cui il nostro sistema solare si è formato, vi erano elementi prodotti da antiche esplosioni stellari o facenti parte di antiche nubi planetarie in espansione: questi stessi elementi, quindi, attualmente si ritrovano anche nella nostra stella.