Il Sole non è una tipica stella dell’Universo

Da tempo immemorabile, la scienza si chiede se il Sole è una stella tipica o possiede peculiarità particolari nel vasto panorama delle tipologie di stelle esistenti nell'universo

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Il Sole non è una tipica stella dell'Universo
Il Sole non è una tipica stella dell'Universo

Da tempo immemorabile, la scienza si chiede se il Sole è una stella tipica o possiede peculiarità particolari nel vasto panorama delle tipologie di stelle esistenti nell’universo.

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Dai loro primi inizi fino alla loro estensione finale prima di svanire, le stelle simili al Sole cresceranno dalle loro dimensioni attuali alle dimensioni di una gigante rossa (~ l’orbita terrestre) fino a ~ 5 anni luce di diametro. Le più grandi nebulose planetarie conosciute possono raggiungere circa il doppio di quelle dimensioni, fino a circa 10 anni luce di diametro, ma nulla di tutto ciò significa necessariamente che il Sole sia una tipica stella media. Crediti : Ivan Bojičić, Quentin Parker e David Frew, Laboratorio per la ricerca spaziale, HKU)

Nel 1600, Christiaan Huygens stimò la distanza di Sirio, supponendo che fosse una stella lontana, simile al Sole.

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Sirio A e B, rispettivamente una stella più blu e luminosa del nostro Sole e una stella nana bianca, come ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Sirio A è la stella più luminosa del cielo, ma le prime stime della sua distanza erano basse, poiché non tenevano conto del fatto che Sirio è circa 20 volte più luminoso del nostro Sole. Crediti : NASA, ESA, H. Bond (STScI) e M. Barstow (Università di Leicester))

Il suo risultato, 0,4 anni luce, non tiene conto delle differenze stellari intrinseche.

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Il (moderno) sistema di classificazione spettrale Morgan-Keenan, con l’intervallo di temperatura di ciascuna classe di stelle mostrato sopra di esso, in kelvin. La stragrande maggioranza (80%) delle stelle oggi sono stelle di classe M, con solo 1 su 800 stelle di classe O o B abbastanza massicce per creare una supernova quando collassa il nucleo. Il nostro Sole è una stella di classe G, insignificante ma più luminosa di circa il 95% delle stelle. Solo circa la metà di tutte le stelle esiste da sola; l’altra metà è legata a sistemi multistellari. Crediti : LucasVB/Wikimedia Commons; Annotazioni: E. Siegel)

Le stelle hanno una varietà di proprietà: massa, colore, temperatura, ionizzazione, metallicità, età, ecc.

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Questa porzione dell’immagine di Hubble di Arp 143 mostra le nuove stelle (in blu) formatesi come risultato dello stripping, del riscaldamento e dello shock del gas nello spazio tra i due membri principali della galassia. Le stelle si sono formate in tutto l’Universo negli ultimi 13,6 miliardi di anni circa, ma quelle che sopravvivono oggi non si sono formate in modo uniforme o nelle stesse condizioni in tutta la storia cosmica. Crediti : NASA, ESA, STScI, Julianne Dalcanton Center for Computational Astrophysics, Flatiron Inst. / UWashington); Elaborazione: Giuseppe De Pasquale (STScI))

Sebbene il Sole non rappresenti un valore anomalo cosmico unico, non è nemmeno esattamente tipico.

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Nel corso di 50 giorni, con un totale di oltre 2 milioni di secondi di tempo di osservazione totale (l’equivalente di 23 giorni completi), l’Hubble eXtreme Deep Field (XDF) è stato costruito da una porzione della precedente immagine Hubble Ultra Deep Field. Combinando la luce dall’ultravioletto attraverso la luce visibile e fino al limite del vicino infrarosso di Hubble, l’XDF ha rappresentato la visione più profonda del cosmo dell’umanità: un record che ha resistito fino a quando non è stato battuto da JWST. Nel riquadro rosso, dove Hubble non vede galassie, l’indagine JADES del JWST ha rivelato la galassia più distante fino ad oggi: JADES-GS-z13–0. Estrapolando oltre ciò che vediamo a ciò che sappiamo e ci aspettiamo debba esistere, deduciamo un totale di ~ 2 sestilioni di stelle all’interno dell’Universo osservabile. Credito: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch (Università della California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University) e il team HUDF09; Annotazioni e cuciture di E. Siegel)

Con circa due sestilioni (~2 × 10²¹) di stelle all’interno dell’Universo osservabile, come possiamo fare confronti?



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Il tasso di formazione stellare nell’Universo in funzione del redshift, che è esso stesso una funzione del tempo cosmico. Il tasso complessivo, (a sinistra) è derivato da osservazioni sia nell’ultravioletto che nell’infrarosso ed è notevolmente coerente nel tempo e nello spazio. Si noti che la formazione stellare, oggi, è solo una piccola percentuale di ciò che era al suo apice e che la stragrande maggioranza delle stelle si è formata nei primi ~ 4-5 miliardi di anni della nostra storia cosmica. Solo circa il 15% circa di tutte le stelle, al massimo, si è formato negli ultimi 4,6 miliardi di anni. Crediti : P. Madau & M. Dickinson, 2014, ARAA)

La maggior parte delle stelle che esistono oggi si sono formate molto tempo fa: circa 11 miliardi di anni fa.

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Questo sguardo sulle stelle che si trovano nella regione più densa della Nebulosa di Orione, vicino al cuore dell’Ammasso del Trapezio, mostra uno sguardo moderno all’interno di una regione di formazione stellare della Via Lattea. Tuttavia, le proprietà di formazione stellare variano nel tempo cosmico, da galassia a galassia, a diversi raggi dal centro galattico, ecc. Tutte queste proprietà e altre devono essere considerate per confrontare il Sole con la popolazione complessiva di stelle all’interno dell’Universo. Crediti : Raggi X: NASA/CXC/Penn State/E.Feigelson & K.Getman et al.; Ottica: NASA/ESA/STScI/M. Robberto et al.)

Il nostro Sole, nato 4,6 miliardi di anni fa, è più giovane dell’85% di tutte le stelle.

Le galassie paragonabili all’attuale Via Lattea sono numerose in tutto il tempo cosmico, essendo cresciute in massa e con una struttura più evoluta al momento. Le galassie più giovani sono intrinsecamente più piccole, più blu, più caotiche, più ricche di gas e hanno densità di elementi pesanti inferiori rispetto alle loro controparti moderne, e le loro storie di formazione stellare si evolvono nel tempo. La maggior parte delle stelle nell’Universo si sono formate in modo sproporzionato molto tempo fa, piuttosto che relativamente di recente. Crediti : NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale U.), S. Patel (Leiden U.) e il team 3-D-HST)

La maggior parte delle stelle sono nane rosse: fredde, di massa ridotta ed estremamente longeve.

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Questa immagine mostra il sistema stellare più vicino alla Terra: il sistema Alpha Centauri. La stella luminosa a sinistra dell’immagine è sia Alpha Centauri A che Alpha Centauri B, che non possono essere risolte in due stelle con la maggior parte dei telescopi moderni, mentre Proxima Centauri è molto debole e cerchiata in rosso. Questo è attualmente il sistema stellare più vicino alla Terra; Proxima Centauri è una nana rossa, come circa il 75-80% di tutte le stelle, ma è molto diversa da una stella meno comune come il Sole o Alpha Centauri A. ( Credito : Skatebiker su Wikipedia in inglese)

Il nostro Sole, una stella di classe G, è più massiccio del 95% delle stelle.

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Questa vista di Hubble dell’ammasso globulare Terzan 5, a soli 22.000 anni luce di distanza nella nostra Via Lattea, rivela il suo nucleo brillante e le stelle di un’ampia varietà di colori e masse. Per quanto splendida sia questa immagine di Hubble del 2022, le stelle più luminose al suo interno sono i più grandi giganti evoluti e le stelle sopravvissute di massa più elevata. La maggior parte delle stelle sono deboli e di massa ridotta, e appena visibili in un’immagine come questa. Crediti : ESA/Hubble e NASA, R. Cohen)

La maggior parte delle stelle ha una metallicità inferiore a quella del Sole: questa è la frazione di elementi pesanti presenti in una stella.

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Questa mappa con codifica a colori mostra l’abbondanza di elementi pesanti di oltre 6 milioni di stelle all’interno della Via Lattea. Le stelle in rosso, arancione e giallo sono tutte abbastanza ricche di elementi pesanti da avere dei pianeti; le stelle con codice verde e ciano dovrebbero avere solo raramente pianeti, e le stelle con codice blu o viola non dovrebbero assolutamente avere pianeti attorno a loro. Si noti che il piano centrale del disco galattico, che si estende fino al nucleo galattico, ha il potenziale per pianeti abitabili e rocciosi. Crediti : ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO)

Il nostro Sole ha un arricchimento maggiore di circa il 93% di tutte le stelle.

Questi grafici mostrano la densità stimata del tasso di formazione stellare in funzione del redshift e della metallicità delle stelle che si formano. Sebbene vi siano sostanziali incertezze, si può tranquillamente concludere che solo tra il 3% e il 20% circa di tutte le stelle ha un contenuto di elementi pesanti maggiore o uguale a quello del nostro Sole, con la maggior parte delle stime comprese tra il 4 e il 10%. Crediti : M. Chruslinska e G. Nelemans, MNRAS, 2019)

Solo la metà di tutte le stelle sono “singole” come il nostro Sole; l’altra metà esiste all’interno di sistemi a più stelle.

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Sebbene pianeti siano stati trovati in sistemi trinari negli ultimi anni, la maggior parte di essi orbita vicino a una singola stella o in orbite intermedie attorno a una binaria centrale, con la terza stella molto più lontana. GW Orionis è il primo sistema candidato ad avere un pianeta in orbita attorno a tutte e tre le stelle contemporaneamente. Circa il 35% di tutte le stelle è in sistemi binari e un altro 10% è in sistemi ternari; solo circa la metà delle stelle sono singolette come il nostro Sole. Credito : Caltech/R. Hurt (IPAC))

Il Sole non è nemmeno tipicamente luminoso.

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Quando una regione di formazione stellare diventa così grande da estendersi su un’intera galassia, quella galassia diventa una galassia starburst. Qui, Henize 2-10 viene mostrato evolversi verso quello stato, con giovani stelle in molte località e vivai stellari attivi in ​​numerose località in tutta la galassia. Se dovessimo contare il numero di stelle all’interno della galassia e moltiplicare quel numero per il rapporto luce-massa del Sole, sottovaluteremmo il flusso totale di circa un rapporto 3 a 1. Crediti : NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI); Elaborazione: Alyssa Pagan (STScI))

Il rapporto luminosità-massa complessivo delle stelle è tre volte il nostro.

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Le nane brune, tra circa 0,013 e 0,080 masse solari, fonderanno deuterio + deuterio in elio-3 o trizio, rimanendo approssimativamente della stessa dimensione di Giove ma raggiungendo masse molto maggiori. Le nane rosse sono solo leggermente più grandi, ma anche la stella simile al Sole mostrata qui non è mostrata in scala qui; avrebbe circa 7 volte il diametro di una stella di piccola massa. Credito : NASA/JPL-Caltech/UCB)

La definizione di “normale”, a quanto pare, comprende una gamma enorme di stelle.

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Lastella Wolf-Rayet è conosciuta come WR 31a, situata a circa 30.000 anni luce di distanza nella costellazione della Carena. La nebulosa esterna espelle idrogeno ed elio, mentre la stella centrale brucia a oltre 100.000 K. In un futuro relativamente prossimo, questa stella esploderà in una supernova, arricchendo il mezzo interstellare circostante con nuovi elementi pesanti. Fatta eccezione per le stelle di massa più bassa, gli strati di stelle più esterni e ricchi di idrogeno verranno espulsi nuovamente nel mezzo interstellare alla cessazione della fusione nucleare nel nucleo della stella. Sebbene le stelle di Wolf-Rayet siano rare, sono ben all’interno della gamma “normale” per una stella. Crediti : ESA/Hubble e NASA; Ringraziamenti: Judy Schmidt)
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