Quanto sono calde le stelle nell’universo?

Sorpresa! Le stelle più grandi e massicce non sono sempre le più calde.

Sebbene il suo vicino, Messier 42, riceva tutta l’attenzione, Messier 43 si trova attraverso una corsia di polvere e continua nella Grande Nebulosa, che è in gran parte illuminata da una singola stella che brilla centinaia di migliaia di volte più del nostro sole. Si trova a una distanza compresa tra 1.000 e 1.500 anni luce e fa parte dello stesso complesso di nubi molecolari della nebulosa di Orione principale.

(crediti: Yuri Beletsky (Osservatorio Carnegie Las Campanas) e Igor Chilingarian (Harvard-Smithsonian CfA))

Per diventare prima una stella, il tuo nucleo deve superare una soglia di temperatura critica: ~4.000.000 K.

Questo capitolo presenta le varie regioni della superficie e dell’interno del Sole, compreso il nucleo, che è l’unico sito in cui avviene la fusione nucleare. Nel tempo, il nucleo ricco di elio si restringe e si riscalda, consentendo la fusione dell’elio in carbonio. Tuttavia, sono necessari ulteriori stati nucleari del nucleo extraterrestre di carbonio-12 affinché si verifichino le reazioni necessarie.

(a lui attribuito: Wikimedia Commons/Kelvin Song)

Queste temperature sono necessarie per avviare la fusione primaria dell’idrogeno in elio.

La versione più diretta e con la più bassa energia della catena protone-protone, che produce elio-4 dall’idrogeno elementare. Si noti che solo la fusione di deuterio e un protone produce elio dall’idrogeno; Tutte le altre reazioni producono idrogeno o producono elio da altri isotopi dell’elio.

(a lui attribuito: Sarang / Wikimedia Commons)

Tuttavia, gli strati circostanti diffondono il calore, limitando le temperature fotosferiche a circa 50.000 K.

Gli anelli coronali solari, come quelli osservati dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA nel 2014, tracciano il percorso del campo magnetico sul Sole. Sebbene il nucleo del Sole possa raggiungere temperature di circa 15 milioni di K, il bordo della fotosfera si trova a una temperatura relativamente insignificante da ~5700 a 6000 K.

(a lui attribuito: NASA/SDO)

Temperature più elevate richiedono ulteriori fasi evolutive.

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La previsione dello stato di Hoyle e la scoperta del processo del triplo alfa possono essere l’uso più sorprendentemente riuscito del ragionamento antropico nella storia scientifica. Questo processo è ciò che spiega la composizione della maggior parte del carbonio che si trova nel nostro mondo moderno.

(a lui attribuito: E Siegel / Oltre la Galassia)

Il nucleo della tua stella si contrae e diventa più caldo quando l’idrogeno è esaurito.

Quando il sole diventa una gigante rossa, diventerà simile al lato di Arcturus. Lo Scorpione è più di una stella gigante, molto più grande di quanto lo sarà mai il nostro Sole (o qualsiasi stella simile al Sole). Sebbene le giganti rosse producano molta più energia del nostro Sole, sono molto più fresche e irradiano a una temperatura più bassa.

(a lui attribuito: Sakurambo nella Wikipedia in inglese)

Quindi inizia la fusione dell’elio, pompando più energia.

Quando il sole diventa una vera gigante rossa, la Terra potrebbe inghiottirlo o meno da sola, ma sicuramente arrossirà come mai prima d’ora. Gli strati esterni del Sole si gonfieranno di oltre 100 volte il loro diametro attuale, ma i dettagli esatti della loro evoluzione e come questi cambiamenti influenzeranno le orbite dei pianeti contengono ancora molta incertezza.

(a lui attribuito: Fsgregs / Wikimedia Commons)

Tuttavia, le stelle della “gigante rossa” sono molto fredde e si espandono per ridurre la loro temperatura superficiale.

L’evoluzione di una stella di massa solare sul diagramma Hertzsprung-Russell (magnitudine del colore) dalla sequenza pre-principale alla fine della fusione. Ogni stella di ogni massa seguirà una curva diversa, ma il Sole diventa una stella quando inizia a bruciare idrogeno e smette di essere una stella una volta completata la combustione dell’elio.

(a lui attribuito: szczureq / Wikimedia Commons)

La maggior parte delle giganti rosse spazza via i loro strati esterni, rivelando un nucleo caldo e contratto.

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nebulosa planetaria

Normalmente, una nebulosa planetaria sembrerebbe simile alla nebulosa Occhio di gatto mostrata qui. La nana bianca centrale illumina brillantemente il nucleo centrale del gas in espansione, mentre le regioni esterne diffuse continuano ad espandersi, scarsamente illuminate. Ciò è in contrasto con la più insolita Nebulosa Stingray, che sembra rimpicciolirsi.

(a lui attribuito: Scandinavian Optical Telescope e Romano Corradi (Isaac Newton Group of Telescopes, Spagna))

Con superfici di nane bianche fino a 150.000 K, superano anche le giganti blu.

Il più grande gruppo di stelle appena nate nel nostro Gruppo Locale di galassie, l’Ammasso R136, contiene le stelle più massicce che abbiamo mai scoperto: più di 250 volte la massa del nostro Sole rispetto alla più grande. Le stelle più luminose qui sono oltre 8.000.000 di volte più luminose del nostro sole. Tuttavia, queste stelle raggiungono solo temperature di 50.000 K, con le nane bianche, le stelle Wolf-Rayet e le stelle di neutroni che diventano più calde.

(a lui attribuito: NASA, ESA e P. Crowther (Università di Sheffield))

Tuttavia, le temperature stellari più elevate sono raggiunte dalle stelle di Wolf-Rayet.

La stella di Wolfright WR 124 e la nebulosa M1-67 che la circonda devono la loro origine alla stessa stella massiccia che originariamente fece esplodere i suoi strati esterni. La stella centrale ora è molto più calda di prima, con le stelle Wolf-Rayet che hanno tipicamente temperature comprese tra 100.000 e 200.000 K, con alcune stelle che salgono molto più in alto.

(a lui attribuito: ESA/Hubble e NASA; Ringraziamenti: Judy Schmidt (geckzilla.com))

Le stelle Wolf-Rayet si stanno dirigendo verso supernove catastrofiche, fondendo elementi più pesanti.

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Questa immagine, con gli stessi colori che rivelerà la fotografia a banda stretta del telescopio Hubble, mostra NGC 6888: la Nebulosa Crescente. Conosciuta anche come Caldwell 27 e Sharpless 105, è una nebulosa a emissione nella costellazione del Cigno, formata dai veloci venti stellari di una singola stella Wolf-Rayet.

(a lui attribuito: JP Metsävainio (Caos astronomico))

È molto sviluppato, luminoso e racchiuso in un guscio.

La nebulosa ad alta eccitazione mostrata qui è alimentata da un sistema stellare binario estremamente raro: la stella Wolf-Rayet in orbita attorno alla stella O. I venti stellari provenienti dal membro centrale Wolf-Rayet sono tra 10.000.000 e 1.000.000.000 di volte più forti del nostro vento solare. , e acceso ad una temperatura di 120.000 gradi. (Il residuo di supernova verde lontano dal centro non è rilevante.) Si stima che tali sistemi rappresentino al massimo lo 0,00003% delle stelle nell’universo.

(a lui attribuito: ESO)

Le misure più calde ~210.000 K; La principale star “reale”.

La stella di Wolf Wright WR 102 è la stella più famosa, con una velocità di 210.000 K. Tuttavia, l’idrogeno ionizzato ionizzato spicca in modo spettacolare.

(a lui attribuito: Judy Schmidt. Dati da WISE e Spitzer/MIPS1 e IRAC4)

I restanti nuclei delle supernove possono formare stelle di neutroni: le cose più calde di sempre.

Un piccolo oggetto denso di soli dodici miglia di diametro è responsabile di questa nebulosa a raggi X, che si estende per circa 150 anni luce. Questa pulsar ruota circa 7 volte al secondo e ha un campo magnetico sulla sua superficie che si stima sia 15 trilioni di volte più forte di quello terrestre. Questa combinazione di rotazione veloce e un campo magnetico ultra forte guida un vento energetico di elettroni e ioni, creando alla fine l’elaborata nebulosa vista da Chandra della NASA.

(a lui attribuito: NASA/CXC/CfA/P. Slan et al.)

Con temperature interne iniziali di circa 1 trilione di K, irradiano rapidamente calore.

Il resto della supernova 1987a, situata nella Grande Nube di Magellano a circa 165.000 anni luce di distanza, viene rilevato in questa immagine di Hubble. Era la supernova osservata più vicina alla Terra oltre tre secoli fa e ha l’oggetto più caldo conosciuto, sulla sua superficie, attualmente conosciuto nella Via Lattea. La sua temperatura superficiale è ora stimata intorno ai 600.000 Kelvin.

(a lui attribuito: ESA / Hubble e NASA)

Dopo alcuni anni, le loro superfici si sono raffreddate a 600.000 K.

Una combinazione di dati a raggi X, ottici e infrarossi rivela la pulsar centrale nel nucleo della Nebulosa del Granchio, inclusi i venti e i deflussi a cui le pulsar sono interessate nella materia circostante. Il punto centrale luminoso, bianco violaceo, è in realtà la pulsar del Cancro, che a sua volta ruota circa 30 volte al secondo.

(a lui attribuito: Raggi X: NASA/CXC/SAO; Ottico: NASA/STScI; Infrarossi: NASA-JPL-Caltech)

Nonostante tutto ciò che abbiamo scoperto, le stelle di neutroni rimangono gli oggetti più caldi e densi privi di singolarità.

I due modelli più adatti della mappa delle stelle di neutroni J0030+0451, creati da due team indipendenti che hanno utilizzato i dati NICER, mostrano che “due o tre hotspot” possono essere sovrapposti ai dati, ma questa idea legacy di un semplice il campo del dipolo non può contenere ciò che Nesser ha visto. Le stelle di neutroni, che hanno un diametro di soli 12 km, non sono solo gli oggetti più densi dell’universo, ma anche i più caldi sulla loro superficie.

(a lui attribuito(NASA, NICER, CI Lab di GSFC)

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