Il mondo delle stelle mostra una grande diversità, i cui segni sono già evidenti guardando il cielo notturno ad occhio nudo. Lo studio delle stelle con l'ausilio di strumenti astronomici e metodi di astrofisica ha permesso di sistematizzarle in un certo modo e, grazie a ciò, di arrivare gradualmente alla comprensione dei processi che governano l'evoluzione stellare.
Nel caso generale, le condizioni in cui è avvenuta la formazione di una stella ne determinano le caratteristiche principali. Queste condizioni possono essere molto diverse. Tuttavia, in generale, questo processo è della stessa natura per tutte le stelle: nascono da gas e polvere diffusi - dispersi - che riempiono le galassie, compattandole sotto l'influenza della gravità.
Composizione e densità del mezzo galattico
Per quanto riguarda le condizioni terrestri, lo spazio interstellare è il vuoto più profondo. Ma su scala galattica, un mezzo così estremamente rarefatto con una densità caratteristica di circa 1 atomo per centimetro cubo è gas e polvere, e il loro rapporto nella composizione del mezzo interstellare va da 99 a 1.
Il componente principale del gas è l'idrogeno (circa il 90% della composizione, o il 70% della massa), c'è anche elio (circa il 9% e in peso - 28%) e altre sostanze in piccoli le quantità. Inoltre, i flussi di raggi cosmici e i campi magnetici sono riferiti al mezzo galattico interstellare.
Dove nascono le stelle
Gas e polvere nello spazio delle galassie sono distribuiti in modo molto non uniforme. L'idrogeno interstellare, a seconda delle condizioni in cui si trova, può avere diverse temperature e densità: da un plasma altamente rarefatto con una temperatura dell'ordine di decine di migliaia di kelvin (le cosiddette zone HII) ad un ultrafreddo - appena pochi kelvin - stato molecolare.
Le regioni in cui la concentrazione di particelle di materia aumenta per qualsiasi motivo, sono chiamate nubi interstellari. Le nuvole più dense, che possono contenere fino a un milione di particelle per centimetro cubo, sono formate da gas molecolare freddo. Hanno molta polvere che assorbe la luce, quindi sono anche chiamate nebulose oscure. È a tali "frigoriferi cosmici" che sono confinati i luoghi in cui hanno avuto origine le stelle. Anche le regioni HII sono associate a questo fenomeno, ma le stelle non si formano direttamente in esse.
Localizzazione e tipi di "culle stellari"
Nelle galassie a spirale, inclusa la nostra Via Lattea, le nubi molecolari si trovano non casualmente, ma principalmente all'interno del piano del disco - in bracci a spirale a una certa distanza dal centro galattico. In irregolareNelle galassie, la localizzazione di tali zone è casuale. Per quanto riguarda le galassie ellittiche, in esse non si osservano strutture di gas e polvere e giovani stelle, ed è generalmente accettato che questo processo praticamente non avvenga lì.
Le nuvole possono essere sia giganti - decine e centinaia di anni luce - complessi molecolari con una struttura complessa e grandi differenze di densità (ad esempio, la famosa Nube di Orione dista solo 1300 anni luce da noi), sia formazioni compatte isolate chiamate Globuli Bok.
Condizioni per la formazione delle stelle
La nascita di una nuova stella richiede l'indispensabile sviluppo dell'instabilità gravitazionale nella nuvola di gas e polvere. A causa di vari processi dinamici di origine interna ed esterna (ad esempio, diverse velocità di rotazione in diverse regioni di una nuvola di forma irregolare o il passaggio di un'onda d'urto durante l'esplosione di una supernova nelle vicinanze), la densità di distribuzione della materia nella nuvola fluttua. Ma non tutte le fluttuazioni di densità emergenti portano a un'ulteriore compressione del gas e all'aspetto di una stella. I campi magnetici nella nuvola e la turbolenza contrastano questo.
L'area di maggiore concentrazione di una sostanza deve avere una lunghezza sufficiente a garantire che la gravità possa resistere alla forza elastica (gradiente di pressione) del mezzo gassoso e polveroso. Una tale dimensione critica è chiamata raggio di Jeans (fisico e astronomo inglese che ha posto le basi della teoria dell'instabilità gravitazionale all'inizio del XX secolo). La massa contenuta nei Jeansanche il raggio non deve essere inferiore a un certo valore e questo valore (la massa dei jeans) è proporzionale alla temperatura.
È chiaro che più freddo e denso è il mezzo, minore è il raggio critico in corrispondenza del quale la fluttuazione non si attenua, ma continua a compattarsi. Inoltre, la formazione di una stella procede in più fasi.
Crollo e frammentazione di una porzione del cloud
Quando un gas viene compresso, viene rilasciata energia. Nelle prime fasi del processo, è essenziale che il nucleo condensante nella nuvola possa raffreddarsi efficacemente a causa della radiazione nella gamma dell'infrarosso, che è svolta principalmente da molecole e particelle di polvere. Pertanto, in questa fase, la compattazione è veloce e diventa irreversibile: il frammento di nuvola collassa.
In una tale area di restringimento e allo stesso tempo di raffreddamento, se è abbastanza grande, possono comparire nuovi nuclei di condensazione di materia, poiché con un aumento della densità, la massa critica di Jeans diminuisce se la temperatura non aumenta. Questo fenomeno è chiamato frammentazione; grazie a lui, la formazione delle stelle molto spesso si verifica non una per una, ma in gruppi - associazioni.
La durata della fase di compressione intensa, secondo i concetti moderni, è piccola - circa 100 mila anni.
Riscaldare un frammento di nuvola e formare una protostella
Ad un certo punto, la densità della regione di collasso diventa troppo alta e perde trasparenza, a causa della quale il gas inizia a riscaldarsi. Il valore della massa Jeans aumenta, un'ulteriore frammentazione diventa impossibile e la compressione sottosolo i frammenti che si sono già formati da questo momento sono testati dall'azione della loro stessa gravità. A differenza della fase precedente, a causa del costante aumento della temperatura e, di conseguenza, della pressione del gas, questa fase richiede molto più tempo - circa 50 milioni di anni.
L'oggetto formato durante questo processo è chiamato protostella. Si distingue per l'interazione attiva con il gas residuo e la polvere della nuvola madre.
Caratteristiche delle protostar
Una stella appena nata tende a scaricare l'energia di contrazione gravitazionale verso l'esterno. Al suo interno si sviluppa un processo di convezione e gli strati esterni emettono intense radiazioni nell'infrarosso e quindi nel campo ottico, riscaldando il gas circostante, che contribuisce alla sua rarefazione. Se c'è una formazione di una stella di grande massa, con una temperatura elevata, è in grado di "ripulire" quasi completamente lo spazio circostante. La sua radiazione ionizzerà il gas residuo: ecco come si formano le regioni HII.
Inizialmente, il frammento genitore della nuvola, ovviamente, in un modo o nell' altro, ruotava e quando viene compresso, a causa della legge di conservazione del momento angolare, la rotazione accelera. Se nasce una stella paragonabile al Sole, il gas e la polvere circostanti continueranno a cadere su di essa in base al momento angolare e si formerà un disco di accrescimento protoplanetario sul piano equatoriale. A causa dell'elevata velocità di rotazione, il gas caldo e parzialmente ionizzato dalla regione interna del disco viene espulso dalla protostella sotto forma di correnti a getto polari convelocità di centinaia di chilometri al secondo. Questi getti, scontrandosi con il gas interstellare, formano onde d'urto visibili nella parte ottica dello spettro. Ad oggi, sono già state scoperte diverse centinaia di tali fenomeni - oggetti Herbig-Haro.
Le protostelle calde vicine in massa al Sole (note come stelle T Tauri) mostrano variazioni di luminosità caotiche e un'elevata luminosità associata a ampi raggi mentre continuano a contrarsi.
L'inizio della fusione nucleare. Giovane stella
Quando la temperatura nelle regioni centrali della protostella raggiunge diversi milioni di gradi, lì iniziano le reazioni termonucleari. Il processo di nascita di una nuova stella in questa fase può essere considerato completato. Il giovane sole, come si suol dire, "si siede sulla sequenza principale", cioè entra nella fase principale della sua vita, durante la quale la fonte della sua energia è la fusione nucleare dell'elio dall'idrogeno. Il rilascio di questa energia bilancia la contrazione gravitazionale e stabilizza la stella.
Le caratteristiche del corso di tutte le ulteriori fasi dell'evoluzione delle stelle sono determinate dalla massa con cui sono nate e dalla composizione chimica (metallicità), che dipende in gran parte dalla composizione delle impurità degli elementi più pesanti dell'elio nella nuvola iniziale. Se una stella è sufficientemente massiccia, trasformerà parte dell'elio in elementi più pesanti - carbonio, ossigeno, silicio e altri - che, alla fine della sua vita, diventeranno parte del gas e della polvere interstellari e fungeranno da materiale per la formazione di nuove stelle.
