Il ciclo di vita del Sole in un’istantanea di Hubble

Una nebulosa planetaria è il residuo di una stella come il nostro Sole, dopo che ha raggiunto quella che può essere descritta come la fine della sua vita.

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A circa 10.000 anni luce da noi, nella costellazione del Centauro, si trova una nebulosa planetaria chiamata NGC 5307. Una nebulosa planetaria è il residuo di una stella come il nostro Sole, dopo che ha raggiunto quella che può essere descritta come la fine della sua vita.

Questa immagine ripresa da Hubble di NGC 5307 ci fa riflettere sul futuro del nostro Sole.

Il processo di invecchiamento di una stella e il raggiungimento della fine della sua vita è una storia lunga e lenta, punteggiata da improvvisi cambiamenti. Proprio come NGC 5307, il nostro Sole alla fine diventerà una stella gigante rossa, espellendo gli strati esterni di gas.

Alcuni miliardi di anni dopo, il Sole diventerà una stella nana bianca, illuminando gli strati di gas che ha sparso come una nebulosa planetaria.

In questo momento, il nostro Sole è in quella che viene definita sequenza principale. Sta fondendo idrogeno in elio all’interno del suo nucleo. Come risultato di questa fusione, rilascia un’enorme quantità di energia, tra l’altro fornendoci il calore che permette alla vita di esistere sulla Terra (In realtà non è la fusione in sè che produce la maggior parte del calore; è la catena protone-protone).

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Una stella vive grazie ad un delicato equilibrio tra la pressione esterna della fusione e la pressione interna della sua stessa gravità. Quell’equilibrio si chiama equilibrio idrostatico e non può durare per sempre.

Anno dopo anno, secolo per secolo, eone per eone, il Sole continua a fondere idrogeno in elio, rilasciando calore e perdendo massa. Anche se una stella come il nostro Sole può sembrare stabile e immutabile, nulla in natura è immutabile.

Il Sole fonde circa 600 milioni di tonnellate di idrogeno in elio ogni secondo, perdendo massa mentre lo fa. Perde la massa convertendo la materia in energia, come spiegato dalla famosa equazione E = mc² di Einstein.

Questo è un importo significativo. In effetti, nei suoi circa 4,5 miliardi di anni di vita finora, il Sole ha perso una quantità di massa simile alla massa di Giove. Alla fine, l’equilibrio di bilanciamento non sarà più possibile perché il Sole perderà abbastanza massa da non essere sufficiente la forza interiore della sua gravità per contenere la forza esteriore della sua fusione e la stella si espanderà diventando una gigante rossa.

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Gli astronomi calcolano che quando il nostro Sole diventerà una gigante rossa, tra circa 5 miliardi di anni, si espanderà abbastanza da inghiottire Mercurio, Venere e probabilmente la Terra.

In vista di ciò, il Sole diventerà circa due volte più luminoso di adesso. A quel punto, la Terra riceverà più energia di Venere e, probabilmente, questo farà estinguere ogni forma di vita sul nostro pianeta.

A questo punto, il Sole sarà un oggetto enorme, molto luminoso e avrà i pianeti interni nel Sistema Solare.

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Il Sole avrà un nucleo di elio circondato da uno strato di idrogeno. Dopo miliardi di anni di vita attiva, al Sole resteranno solo circa 100 milioni di anni di vita. Ma c’è molta attività compressa in quei 100 milioni di anni.

Innanzitutto c’è il lampo dell’elio, in cui il Sole brucerà il 40 percento della sua massa. Lo farà convertendo in carbonio circa il 6% dell’elio nel suo nucleo. Ci vorranno solo pochi minuti, una tempistica scioccante in confronto ai miliardi di anni nella vita del Sole.

L'evoluzione del sole. (Di Szczureq / Opera propria, CC BY-SA 4.0)L’evoluzione del sole. (Di Szczureq / CC BY-SA 4.0)

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Dopo aver perso tutta quella massa, si ridurrà a circa 10 volte la sua dimensione attuale e diventerà circa 50 volte meno luminoso. A quel punto, il Sole continuerà a bruciare l’elio nel suo nucleo per i successivi cento milioni di anni, diventando un po’ più grande e più luminoso.

Ma ormai il carburante sarà quasi esaurito. Continuerà a bruciare elio nel suo nucleo perdendo ulteriore massa. Nulla può impedire che ciò accada, e il Sole si espanderà di nuovo.

Ma questa espansione sarà molto più rapida.

Le cose stanno accelerando per il Sole che è ormai sempre più instabile. Il Sole entrerà nelle sue fasi finali. Raggiungerà la fase del ramo asintotico-gigante e trascorrerà circa 20 milioni di anni nella prima parte di quella fase.

Avrà un nucleo prevalentemente inerte, composto di ossigeno e carbonio, un guscio in cui l’elio si fonderà in altro carbonio e un altro guscio in cui l’idrogeno si fonderà in elio.

A questo punto il Sole, come un cuore che sta agonizzando, comincerà a fibrillare, con una serie di impulsi termici che provocheranno la perdita di altra massa. Ognuno di questi impulsi durerà solo cento anni circa e in ognuno il Sole si espanderà e diventerà più luminoso. Ogni impulso sarà più forte di quello precedente e questo periodo durerà circa 100.000 anni.

I calcoli mostrano che il nostro Sole probabilmente sperimenterà quattro di questi impulsi verso la fine della sua vita.

Dopo essere stato distrutto da questi impulsi, il Sole si calmerà. Il sole, a tutti gli effetti, sarà morto. O almeno in coma.

Gli impulsi espelleranno nello spazio i suoi strati esterni, e del nostro glorioso Sole resterà solo una nana bianca composta da meno del 50 percento della sua massa originale.

Nebulose planetarie. (NASA / ESA / CR O'Dell / D. Thompson / Hubble Heritage Team / STScI / AURA)Nebulose planetarie. (NASA / ESA / CR O’Dell / D. Thompson / Hubble Heritage Team / STScI / AURA)

Il Sole non avrà più fusione, emetterà solo l’energia di calore immagazzinata. Sarà costituito da materia densamente elettronegenerata e non potrà più avvenirvi fusione.

Il Sole, però, sarà ancora luminoso e l’energia emessa colpirà gli strati di gas emessi durante i suoi impulsi termici, ionizzando il gas e accendendolo. Il nostro Sole diventerà quindi una nebulosa planetaria. E questo ci riporta a NGC 5307.

NGC 5307 ci permette di guardare un’istantanea futura della fine del ciclo vitale del Sole.

Nonostante il nome di nebulosa planetaria, non ci saranno più pianeti nelle vicinanze. Li avrà distrutti durante le sue espansioni. Ci sarà solo il gas.

NGC 5307, una nebulosa planetaria con nana bianca al centro. (NASA / ESA / Hubble)NGC 5307, una nebulosa planetaria con nana bianca al centro. (NASA / ESA / Hubble)

Ma anche il gas alla fine sparirà. Si allontanerà dalla stella e si raffredderà. Dopo circa 10.000 anni come nebulosa planetaria, Il Sole persisterà come debole nana bianca per trilioni di anni.

Successivamente, secondo la teoria, il Sole diventerà una nana nera. Si sarà raffreddato completamente e non emetterà energia. Questo è però solo una teoria, perché non sono state ancora osservate nane nere. In effetti, pensiamo che sia necessario più tempo dell’età attuale dell’universo perché una stella si evolva in questo ipotetico stato di nana nera.

Il gas espulso dalla nebulosa planetaria ha ancora un ruolo da svolgere. Durante il caos degli ultimi stadi di evoluzione del Sole, ha prodotto elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio attraverso la nucleosintesi stellare.

Questi elementi, chiamati “metalli” in astronomia, viaggeranno nello spazio finchè entreranno a far parte di un nuovo processo di formazione stellare. Arricchiranno una nuova stella che nascerà e i nuovi pianeti che potrebbero formarsi attorno a questa stella futura.

Il nome nebulosa planetaria è un termine improprio ereditato dalla vecchia astronomia. Ognuna di queste nebulose è come un’istantanea che riassume i miliardi di anni che ci sono voluti per raggiungere questo stato. E sebbene non sarà mai osservato dagli occhi umani (probabilmente) questo è il destino finale del nostro Sole.

Nota per i lettori:

C’è un’enorme quantità di dettagli nella vita e nell’eventuale morte di una stella. Quando scriviamo qualcosa come “fondere l’idrogeno nell’elio libera calore“, c’è molto di più di quanto possa essere inserito in un semplice articolo come questo.

Se vuoi saperne di più sulle stelle e la loro vita, consigliamo ti consiglio The Life and Death of Stars (2013) di Kenneth R. Lang. Lang è professore di astronomia alla Tufts University e spiega molto bene tutte le cose stellari.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato da Universe Today