La nucleosintesi stellare

La nucleosintesi stellare
nel b r o d o d i
particelle s u b a t o m i c h e
le particelle si
trasformano l'una nell'altra
mantenendo l'equilibrio d e l
b r o d o d i particelle
sub atomiche
il b r o d o d i
particelle s u b a t o m i c h e
è composto da
fotoni, elettroni, positroni,
neutrini, antineutrini, protoni
e neutroni
decadimento
radioattivo
questi nuclei intermedi
hanno numero di
massa (A) uguale
a 5 e
8 e si
disintegrano per d e c a d i m e n t o
radioattivo
Silicio Si
Stronzio S r
elementi più
pesanti
fusione
dell'ossigeno
la f u s i o n e
dell' o s s i g e n o che
produce Silicio
Si e
Stronzio S r
6
la formazione degli
e l e m e n t i più p e s a n t i
del Litio Li
7 è impedita
dal fatto che
i nuclei intermedi
sono estremamente instabili
la nucleosintesi
stellare genera
gli e l e m e n t i
più pesanti
la fusione del
carbonio e la
fusione dell'ossigeno sono
rapide, l'evoluzione della
stella procede velocemente
equilibrio d e l
brodo di
particelle s u b
atomiche
nucleosintesi
stellare
la nucleosintesi p r i m o r d i a l e
che avviene nel
b r o d o di particelle
sub atomiche è
responsabile della formazione
degli e l e m e n t i p i ù
leggeri
b r o d o di
particelle s u b
atomiche
3
gli e l e m e n t i
c h i m i c i sono
generati in
modi diversi
e l e m e n t i chimici
nucleosintesi
primordiale
Ossigeno O
16
Litio Li
7
gli e l e m e n t i p i ù
l e g g e r i nascono dalla
n u c l e o s i n t e s i p r i m o r d i a l e subito
dopo il B i g
Bang
elementi p i ù
leggeri
fusione del
silicio
Berillio B e
8
fusione del
carbonio
la f u s i o n e
del carbonio
che produce
Magnesio Mg,
Neon Ne
Neon Ne
la f u s i o n e
del silicio
che produce
Ferro Fe
si innescano,
a temperature
crescenti
Magnesio M g
la fusione non può
più procedere poiché il
processo di la fusione
del F e r r o F e 5 6
è un p r o c e s s o e n d o t e r m i c o
che non fornisce energia
al sistema e non
può contribuire a sostenere
l'equilibrio stellare
il F e r r o F e
5 6 è l'ultimo
isotopo che viene
creato dalla n u c l e o s i n t e s i
stellare
Ferro Fe
Ferro F e
56
per le stelle
più grandi, il
nucleo continua a
contrarsi e la
temperatura a salire
stelle più
grandi
la cinetica di reazione
del p r o c e s s o t r e a l f a
è molto lenta a
causa dell'instabilità del Berillio
B e 8 (che decade
in 3x10 -16 s)
al momento dell'innesco
del p r o c e s s o t r e
alfa ci sono
due possibilità per
la stella
stelle più
piccole
per le stelle
p i ù p i c c o l e , la
temperatura nel nucleo
non è abbastanza
alta da bruciare
C a r b o n i o C per
mantenere l'equilibrio stellare
processo
endotermico
il p r o c e s s o t r e
alfa continua nel
nucleo della stella
finché tutto l'Elio
h e è convertito
in C a r b o n i o C
12 e Ossigeno
O 16.
p r o c e s s o tre
alfa
Carbonio C
12
dopo 3 minuti
l'universo si è
raffreddato ed espanso
al punto che
la n u c l e o s i n t e s i primordiale
non può più
essere sostenuta
gli e l e m e n t i p i ù
l e g g e r i sono di
I d r o g e n o H , Elio
H e , Litio Li
7 e degli
isotopi di I d r o g e n o
H ed Elio
He
è necessario un lungo
periodo di tempo per
dare luogo alla produzione
di C a r b o n i o C 1 2
a partire da una
iniziale atmosfera di Elio
He
quando la temperatura raggiunge
valori intorno a 10e8K
e densità di 10
4 g/cmc , diventa
possibile il p r o c e s s o t r e
a l f a c h e c o n s u m a Elio
He
2
molto dell'Elio
h e deve
essere stato
prodotto nello
stesso momento
4
un minuto dopo
l'esplosione iniziale la
temperatura scende a
10e9K tanto che
i nuclei di
idrogeno h possono
ora sopravvivere
tutta la materia
è costituita quindi
da I d r o g e n o H
(75%) ed Elio
He (25%)
Idrogeno H
formazione delle
stelle
strati g a s s o s i
esterni
p e s o degli
strati g a s s o s i
esterni
l'espansione degli strati
g a s s o s i e s t e r n i di
I d r o g e n o H determina
una nuova fase
dell'evoluzione della stella,
chiamata fase della
gigante rossa
5
la distribuzione n o n o m o g e n e a nello
spazio ha permesso alla f o r z a
di gravità di "condensare" la
materia provocando un collasso di
grandi quantità di Idrogeno H
e Elio H e in aree
più concentrate che si poi
sono evolute a formare le
galassie
nuclei d i
idrogeno h
questi elementi
hanno una
distribuzione n o n
o m o g e n e a nello
spazio
1
nei nuclei di
i d r o g e n o h protone
e neutrone sono
legati dalla forza
nucleare
n a n a bianca
il nucleo della
stella continuerà a
contrarsi e la
stella collasserà fino
a divenire una
nana bianca
equilibrio
stellare
quando il
combustibile nucleare
comincia a
scarseggiare, si
perde l'equilibrio
stellare
combustibile
nucleare
forza di
gravità
galassie
in queste zone
più concentrate gli
atomi sono spinti
con elevate velocità
verso il centro
dalla forza di
gravità
mantiene l'equilibrio
stellare compensando
la f o r z a
di g r a v i t à
la massa della
stella determina la
velocità con cui
essa "brucia" il
combustibile n u c l e a r e e
quindi il suo
tempo di vita
incremento della
temperature (10e7K)
e della
densità (100
g per
cmc)
stelle di
grande massa
la fusione n u c l e a r e
libera l'e n e r g i a di
l e g a m e n u c l e a r e secondo
l'e q u a z i o n e di einstein
questi neutroni e
protoni costituiscono l'abbondanza
residua di I d r o g e n o
H che osserviamo
oggi nell'universo.
distribuzione n o n
o m o g e n e a nello
spazio
e q u a z i o n e di
einstein
se non ci fosse
stata una distribuzione n o n
o m o g e n e a nello s p a z i o ogni
atomo sarebbe stato attratto
uniformemente in tutte le
direzioni e sarebbe rimasto
nella stessa posizione relativa
rispetto agli atomi vicini
aumento della frequenza
di collisione tra
gli atomi (formazione
delle protostelle) con
il tipico profilo
radiale di t e m p e r a t u r a
e profilo radiale
di d e n s i t à
quando il nucleo di
una stella raggiunge queste
condizioni di temperatura e
pressione, i protoni acquistano
sufficiente e n e r g i a cinetica p e r
superare la f o r z a d i
coulomb che respinge i
nuclei a t o m i c i
iniziano le
reazioni di
fusione nucleare
attraverso la
catena protone
protone
profilo radiale
di temperatura
e n e r g i a di
legame nucleare
energia cinetica
fusione n u c l e a r e
catena protone
protone
forza di
coulomb che
respinge i
nuclei atomici
a queste
temperature si
disintegrano istantaneamente
e diventano
a t o m i ionizzati
la temperatura è
così elevata che
non esistono neanche
i nuclei degli
atomi più semplici
forza n u c l e a r e
l'I d r o g e n o h
è l'atomo
più semplice
gigante rossa
le stelle di g r a n d e
m a s s a hanno abbastanza gas
per far si che
il p e s o degli strati
g a s s o s i e s t e r n i comprimano il
nucleo, causando un aumento
di temperatura e pressione
espansione
dell' u n i v e r s o
a temperature così
alte non è
possibile la combinazione
tra protone e
neutrone per formare
i nuclei d i
idrogeno h
l'argomento più forte
in favore dell'ipotesi
del B i g B a n g
è che l'abbondanza
di Elio H e
è uniforme nell'universo
un'ulteriore concentrazione di
I d r o g e n o H ed
Elio H e ha
portato poi alla
f o r m a z i o n e delle stelle
il Big B a n g
è l'evento iniziale
dell'espansione dell'universo, cominciata
circa 14 miliardi
di anni
Big B a n g
Elio H e
Carbonio C
il p e s o degli
strati g a s s o s i e s t e r n i
continua a comprimere
e riscaldare il
nucleo
inizialmente l'Universo è
costituito da un
b r o d o di particelle
s u b a t o m i c h e ad
una temperatura di
10e10K
profilo radiale
di densità
i neutroni residui
decadono in protoni
secondo la reazione
di d e c a d i m e n t o d e l
n e u t r o n e in p r o t o n e
decadimento del
n e u t r o n e in
protone
a t o m i ionizzati