Stelle superpesanti e Ipergiganti

Stelle superpesanti e Ipergiganti: principali caratteristiche delle stelle più massicce e grandi conosciute.

Stelle superpesanti e Ipergiganti :  Dedicheremo qui una rassegna generale di quelle che sono le stelle più grandi, più massicce e luminose tra quelle osservate cercando di capirne le caratteristiche generali. Innanzi tutto occorre subito fare una precisazione. Anche se in genere le stelle più massicce tendono ad essere anche più grandi in termini di volume e di luminosità, non sempre grande volume è sinonimo di grande massa.

Per esempio VY Canis Maioris è classificata come una stelle ipergigante rossa, avendo un diametro di circa 1800 volte quello del Sole ed ha una massa di circa una ventina di volte maggiore di quella del Sole con una luminosità di oltre 250.000 volte superiore. Eppure la sua massa, sebbene molto maggiore di quella del Sole, non è da record commisurata a quella di altre stelle. Eta Carinae ed R136a1 sono infatti stelle ben più massive di  Canis Maioris con masse di circa 130-150 e 265 masse solari rispettivamente e luminosità di milioni di volte superiori a quelle della Nostra Stella.

A tal proposito è utile ricordare che tutte le stelle, a prescindere dalla loro massa, trascorrono la maggior parte della loro vita sulla sequenza principale; le più leggere sono anche più piccole e poco luminose e sono classificate come nane rosse. Le più grandi e massicce sono le supergiganti e le ipergiganti azzurre che risultano essere anche le più luminose. Questo tipo di stelle sono anche tra le più luminose che si conoscono, ma hanno una durata della loro vita stimata in pochi milioni di anni, rispetto alle stelle di tipo solare, la cui aspettativa di vita è  invece misurabile in circa 12 miliardi di anni.

Finita la fase di sequenza principale, la maggioranza delle stelle con una massa iniziale maggiore di 0,5 masse solari, tendono ad espandersi ed entrano nella fase di gigante rossa; se una stella è già sulla sequenza principale di grandi dimensioni e di grande massa, tenderà a dilatarsi ancora di più rispetto ad una “cugina più leggera”. Esistono infatti anche stelle classificate come supergiganti ed ipergiganti rosse che tendono ad essere le più estese in assoluto in termini di raggio e quindi di volume. Poichè osservando le stelle si possono individuare astri con masse ed età diverse, può accadere di trovare una stella di massa simile alla taglia solare, ma già evoluta allo stadio di gigante rossa che si estenda su un volume maggiore di una stella supermassiccia anche 100 volte più del Sole ma molto più giovane.

In genere le stelle di grande massa tendono ad essere più grandi di quelle più leggere a parità di stadio. Date queste generali informazioni andiamo a conoscere meglio le stelle superpesanti ed ipergiganti.

Le stelle in assoluto più pesanti sono chiamate stelle di Wolf Rayet ed appartengono alla categoria delle Ipergiganti azzurre, avendo raggi che possono andare da una quarantina ad un centinaio di volte quello del Sole, quindi piccole rispetto alle ipergiganti rosse,ma notevolmente più estese delle altre stelle della sequenza principale. Caratteristica saliente di queste stelle è la loro massa che può essere da 70-80 masse solari fino ad oltre 200 masse solari. Il record è detenuto attualmente dalla stella R136a1, la cui massa ammonterebbe secondo le ultime stime a circa 265 masse solari. Tenendo conto dei modelli di evoluzione stellare si ritiene che in origine la massa dell’astro ammontasse ad oltre 300 volte la massa del Nostro Sole.

Stelle di questo tipo tendono a nascere in zone particolarmente ricche di nebulose molecolari di idrogeno o potrebbero anche essere il frutto della fusione di due componenti in un sistema binario stretto costituito da due stelle molto massicce. Le stelle Wolf-Rayet, sono caldissime con temperature superficiali che possono andare da circa 40.000 K fino a 100.000 K con emissione di onde elettromagnetiche principalmente nello spettro compreso tra l’azzurro-violetto e l’ultravioletto.

La loro luminosità supera spesso anche di milioni di volte quella del Sole. Del resto la relazione massa luminosità ci dice come necessariamente tanto più una stella sia massiccia tanto più essa risulta essere luminosa. Al crescere della massa la luminosità cresce molto rapidamente. Per esempio, Sirio con una massa poco più che doppia di quella del Sole presenta già una luminosità di quasi 23 volte superiore. Ciò implica però una speranza di vita via via decrescente rispetto alle stelle di minor massa.

R136a1 come già detto è un’ipergigante azzurra con una massa di oltre 265 volte quella del nostro Sole; la sua temperatura è di circa 55000°C in superficie, ma al suo interno, vista la massa, dovrebbero raggiungersi diverse centinaia di milioni di gradi. La velocità delle reazioni di fusione è molto elevata e la speranza di vita per stelle di tale tipo è inferiore ai 2- 3 milioni di anni. Impressionante è la luminosità di R136a1 che supera di oltre 8,5 milioni di volte quella del Sole. Essendo una stella oltre il limite di Eddington che regola la stabilità tra pressione di radiazione e compressione gravitazionale, tale astro come del resto osservato in altre stelle simili, tende a perdere rapidamente massa sotto l’azione di un rapido ed intenso vento stellare. R136a1 mostra infatti una nebulosità in espansione verso lo spazio esterno; la sua superficie è così calda che la pressione di radiazione disperde gli strati più esterni nello spazio esterno. Con tale ritmo la stella potrebbe perdere dal 30 al 50% della sua massa durante la sua esistenza. In origine, sulla base delle osservazioni, R136a1 doveva avere una massa maggiore di 300 masse solari. Ma la stella una volta completata la sua formazione ha dato il via ad un intenso vento stellare che dopo aver allontanato il gas residuo non condensato, ha iniziato a far diminuire la massa dell’ipergiganti azzura, facendole perdere oltre 30 masse solari dal momento della sua formazione, a riprova di un vento stellare particolarmente denso ed energetico.

Stelle superpesanti e Ipergiganti

Stelle superpesanti e Ipergiganti. Le dimensioni del Sole e della Terra comparate con l’ipergigante azzurra R136a1. Questa stella pur non essendo la più grande in termini di volume è comunque gigantesca e luminosissima e con una massa di 265 volte superiore a quella della Nostra Stella è l’astro più massiccio finora conosciuto. Fonte: survincity.com

Altra stella appartenente a tale categoria, ma assai più leggera della precedente è Eta Carinae. La massa di Eta Carinae è stimata in 130-150 masse solari, il raggio si aggirerebbe invece sui 100-130 volte quello solare; la sua luminosità ammonta invece ad oltre 5 milioni di volte quella del Sole. Anche Eta Carinae è destinata ad avere una vita breve in termini di scale temporali stellari. Incerta è la sua età; probabilmente si trova già al 50% della sua speranza di vita. E’ soggetta oltre che ad un intenso vento stellare anche ad esplosioni, rientrando così nella categoria delle variabili eruttive. Nel 1843, subì un esplosione che rilasciò un guscio di gas infuocati. La stella è infatti inserita in una nebulosa in espansione prodotta dalla materia espulsa sia durante gli episodi esplosivi che durante il continuo ed inteso vento stellare che sta dissipando gli involucri più esterni della stella: probabilmente l’astro alla sua formazione presentava una massa originaria prossima alle 200 masse solari, un terzo delle quali andate perse attraverso il vento stellare e questo tipo di esplosioni.

Stelle superpesanti e Ipergiganti

Stelle superpesanti e Ipergiganti: Eta Carinae, altra ipergigante azzurra. E’ una stella instabile, iperluminosa e massiccia oltre 130 volte il Sole. E’ soggetta ad esplosioni e ad un forte vento stellare che ne sta disperdendo gli strati esterni. Fonte: today.uci.edu

Le ipergiganti rosse, pur essendo stelle di grande massa, non sono le più massicce; hanno invece volumi record. La stella più grande conosciuta è VY Canis Maioris, la quale presenta un raggio 1600-1800 volte maggiore di quello del Sole. Se sostituisse nel sistema solare la nostra Stella, giungerebbe ad occupare l’orbita di Saturno. Solo gli ultimi tre pianeti si salverebbero. Per avere un’idea della grandezza di questa stella, basti pensare che la luce per arrivare dal Sole a Saturno impiega circa 1 ora (Saturno si dice allora che dista dal Sole 1 ora luce), quindi la radiazione elettromagnetica stessa per attraversare l’intero diametro d VY Canis Maioris impiega circa 2 ore! Si tratta di una stella estesa 2 ore luce, un’astro davvero immenso. La massa di VY Canis Maioris, pur essendo enorme rispetto a quella del Sole, ammonta invece a circa 20 masse solari, annoverandola così tra gli atri massicci, ma non di mole eccezionale.

Questa stella presenta delle pulsazioni, dovute alle complesse reazioni nucleari che si stanno svolgendo all’interno dell’astro, che infatti mostra di essere in uno stadio avanzato della sua evoluzione. La stella sta perdendo massa ad un ritmo elevatissimo mediante un forte vento stellare che sta letteralmente sollevando e disperdendo gli strati esterni dell’ipergigante. Ad accentuare il fenomeno sembra, in base alle osservazioni, che la gigantesca stella sia soggetta a delle forti eruzioni e a delle piccole esplosioni che rilasciano nello spazio imponenti quantità di gas e polveri. Secondo le moderne teorie dell’evoluzione stellare, VY Canis Maioris, seguiterà a perdere una notevole quantità di materiale, ma vista la massa comunque enorme terminerà la sua vita come supernova, lasciando probabilmente una stella di neutroni come residuo.

Altre stelle gigantesche sono UV Scuti, KY Cigni, VX Sagittarii, Mu Cephei. Tutte queste stelle hanno in comune dimensioni gigantesche, colorazione rossastra indice di una temperatura compresa tra i 2000 ed i 3000 K in superficie, ed un’ingente perdita di massa, cui vanno soggette, tutte le stelle quando si trovano in un’ avanzata fase della propria vita, ma che risulta particolarmente intensa e vivace in quelle più pesanti.

Le ipergiganti rosse potrebbero rappresentare lo step evolutivo successivo delle ipergiganti azzurre; dopo aver perso una discreta frazione di massa rispetto alla quantità iniziale ed aver esaurito l’idrogeno come combustibile nel nucleo, questi astri così massicci innescano rapidamente la combustione dell’elio nel nucleo e proseguono quella dell’idrogeno in un guscio concentrico. In tal modo la stella, già grande di suo, si espande in modo spropositato, assumendo raggi maggiori di quello solare anche di 1500-2000 volte, diventando ipergiganti rosse di volume record. L’espansione dell’astro, ne determina un raffreddamento degli strati esterni, arrossendo così la luce emessa andando appunto a formare l’ipergigante rossa.

In genere le ipergiganti rosse mostrano masse comprese tra una ventina e 50-60 volte quella solare. Ciò si giustifica con il fatto che sotto la spinta della pressione di radiazione gli astri più pesanti perdono rapidamente massa  già durante la fase di sequenza principale (che per questi astri corrisponde allo stadio di ipergigante azzurra con classe spettrale, O o di Wolf-Rayet). In questo modo anche un astro nato con circa 200 masse solari, quando si appresta ad espandersi in una ipergigante rossa, presenta generalmente masse inferiori alle 100 masse solari.

Stelle Ipergiganti: stadi finali

Durante la fase di ipergigante rossa, le stelle accelerano ulteriormente la perdita di massa attraverso eruzioni superficiali, piccole esplosioni e super-venti stellari.  La massa finale rimasta ne determinerà anche il destino. Fino ad un centinaio di masse solari si verifica la canonica esplosione di supernova che pone fine alla vita delle stelle massicce; se la massa del nucleo rimanente oltrepassa di 4-5 volte quella del Sole resterà un buco nero, altrimenti si avrà la formazione di una pulsar, una stella di neutroni in rapida rotazione su se stessa. Al di sopra di un centinaio di masse solari si verifica l’esplosione di una supernova molto energetica, designata talvolta come ipernova. In tale tipo di esplosioni si ha l’emissione di raggi gamma (gamma ray burst) e la formazione di un buco nero. Se poi la massa della stella eccede al momento del collasso di oltre 150 volte quella del Sole si ritiene che possa verificarsi un esplosione di supernova ad instabilità di coppia. In pratica le elevatissime temperature comporterebbero lo sviluppo di raggi gamma così’ energetici in grado di dar luogo alla formazione di coppie elettrone-positrone. Ne deriverebbe un crollo delle temperature e della pressione interna con conseguente collasso gravitazionale, già durante il bruciamento dell’ossigeno. In questo caso l’astro perverrebbe alla fase di supernova, esplodendo completamente senza lasciare residui compatti. Insomma l’Universo con le sue immense meraviglie non cessa mai di stupirci e questa categoria di stelle rende ancora più variopinto ed affascinante il mondo delle stelle, in cui ad astri dalla piccola mole, molto longevi si affianca quello delle ipergiganti, stelle luminosissime e pesantissime, ma dalla vita breve.

Stelle superpesanti e Ipergiganti. VY Canis Maioris

Stelle superpesanti e Ipergiganti. VY Canis Maioris, è una stella ipergigante rossa; con una ventina di masse solari presenta il volume più grande conosciuto. Fonte: www.solarsystemquick.com


Articolo a cura di Emiliano Sassolini

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