Parte I Le informazioni fisiche contenute negli spettri

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1 Parte I Le informazioni fisiche contenute negli spettri

2 Cara$eris(che importan( delle Onde: Lunghezza d onda λ : in metri Per le onde luminose si una il nano- metro (nm) o l Ångstrom (Å) Frequenza ν : numero di oscillazioni al secondo Si misura in Hertz Per le onde luminose, circa Hz ( GHz) Per TUTTE le Onde vale la relazione: λ. ν = v (velocità) Nel caso della Luce: λ. ν = c : velocità della luce, nel vuoto circa 10 8 m/s.

3 Corrispondenza tra colori e lunghezza d onda ν (Hz)

4 In genere gli spe$ri con(nui hanno una cara$eris(ca forma a campana La posizione del massimo (e quindi il colore dominante) dipende dalla temperatura λ M = C T Legge di Wien

5 Da cosa sono origina( gli spe$ri a righe? Transizioni dell atomo di idrogeno Dalle transizioni tra i livelli energe(ci degli atomi! Ogni atomo ha la sua inconfondibile impronta digitale spe$rale

6 A volte le righe compaiono come linee scure su uno sfondo luminoso Spe$ro in assorbimento

7 In generale: Dalla forma dello spenro cononuo Informazioni sulla temperatura Dalla presenza delle righe Informazioni sugli elemeno chimici preseno Dalla forma e intensità delle righe Informazioni su temperatura, pressione, densità, stato di moto, etc Applichiamo ora ques0 conce2 alle Stelle

8 Parte II Le Stelle: struttura ed evoluzione

9 DOVE NASCONO LE STELLE Il gas si contrae sotto l effetto della gravità e di conseguenza si riscalda! COLLASSO GRAVITAZIONALE

10 Forza di Gravità Il gas continua ad addensarsi Aumentano densità e temperatura Soprattutto al centro! Se T > 15 milioni di gradi REAZIONI NUCLEARI Più alta è la massa che forma la stella, maggiore sarà la temperatura del suo nucleo!

11 Più alta è la massa che forma la stella, maggiore sarà la temperatura del suo nucleo. Da temperature superficiali superiori ai 30mila gradi a temperature superficiali di 2-3mila gradi Il Sole ha una temperatura di circa 6 mila gradi

12 Gli strati esterni di una stella sono più freddi e meno densi! Quindi un elemento presente negli strati esterni produce una riga in assorbimento, cioè assorbe quella lunghezza d'onda dalla luce che proviene dalla stella, lasciando una riga oscura nel suo spettro.

13 Per esempio gli atomi di idrogeno, assorbono esattamente la quantità di energia necessaria per far compiere ai rispettivi elettroni determinati salti, per esempio dalla riga 2 alla riga 3: in questo modo si forma sullo spettro la riga in assorbimento a 6563 Å. Se però la stella è più calda di gradi, la luce che proviene dall interno stellare ha un energia così elevata che riesce facilmente a strappare gli elettroni dagli atomi di idrogeno presenti nell atmosfera della stella (ionizzazione). Quindi l atomo di idrogeno ha perso il suo elettrone e non sarà in grado di produrre righe di assorbimento. Se una stella è molto più fredda, l energia non sarà sufficiente a portare gli elettroni dal primo al secondo livello! E lo stesso succede a temperature diverse - per altri atomi, come il calcio, il sodio, il ferro e anche per qualche molecola. Ogni elemento ha bisogno della temperatura giusta per formare le righe di assorbimento nello spettro!

14 Pressione termica L energia liberata dalle reazioni nucleari scalda il gas più esterno. La sua pressione aumenta contrastando la forza di gravità, che tende invece a contrarre la stella. La stella così formata è una sfera di gas che produce energia tramite le reazioni di fusione nucleare, che avvengono nella regione più interna. Ogni fase della vita della stella sarà regolata dal comportamento di queste due forze.

15 La principale sorgente di energia per le stelle con masse simili a quella del nostro Sole, è la Catena protone-protone In questo processo di fusione nucleare, quattro protoni ( n u c l e i d i i d r o g e n o ) s i combinano per formare un nucleo di elio ( 4 He). PROCESSO MOLTO LENTO Le stelle di piccola massa, come il Sole, impiegano circa 10 miliardi di anni a bruciare l idrogeno.

16 Le stelle con masse superiori a quella solare, (T>16 milioni di gradi) raggiungono temperature interne più elevate, in grado di bruciare l idrogeno attraverso il CNO (Carbonio-Azoto- Ossigeno) Il ciclo del CNO è molto più efficiente della catena p-p, e porta ad un esaurimento molto più veloce delle scorte di idrogeno. Processo più veloce!!! Le stelle di grande massa impiegano solo qualche milione di anni a bruciare l idrogeno.

17 A parità di temperatura superficiale e quindi di colore le stelle possono avere una diversa luminosità. Due stelle che abbiano la stessa temperatura superficiale ma diversa luminosità, devono avere una diversa superficie irradiante e un diverso volume, perché la luminosità di una stella é proporzionale alla sua superficie. Betelgeuse e Antares 2-3 mila gradi La luminosità é l'energia emessa in un secondo dall'intera superficie della stella. A parità di temperatura, la quantità di energia emessa per unità di tempo e di superficie è la stessa, quindi una diversa luminosità e' dovuta ad una diversa estensione della superficie irradiante.

18 Esaurito l idrogeno cessano le reazioni nucleari e con esse la pressione termica: l equilibrio si rompe! AUMENTO DELLA TEMPERATURA Gli strati esterni quindi si espandono, mentre il nucleo continua ad accrescere la sua massa di elio e a contrarsi. La stella diventa più grande, ma più fredda negli strati esterni! Se la temperatura del nucleo arriva a 100 milioni di gradi, si innescano le reazioni di fusione dell elio L idrogeno comincia ad essere bruciato nello strato che circonda il nucleo H He

19 Una volta esaurito l elio ABBIAMO MASSA SUFFICIENTE PER INNESCARE NUOVE REAZIONE NUCLEARI? Se la stella ha una massa sufficientemente grande sono possibili altri stadi di combustione nucleare: una stella potrebbe avere addirittura vari gusci diversi in cui hanno luogo reazioni nucleari. Ogni stadio della combustione nucleare è però più breve del precedente

20 COMBUSTIBILE ESAURITO: masse piccole Verso la fine della sua vita la stella si libera dei suoi strati più esterni, che formeranno una nebulosa planetaria. La stella diventerà un denso nucleo di materiale in cui tutte le reazioni nucleari saranno cessate: una nana bianca

21 COMBUSTIBILE ESAURITO: masse grandi Terminano la loro vita in un esplosione spettacolare diventando supernovae La stella diventerà una stella di neutroni o un buco nero.