La nascita delle stelle e dei sistemi planetari
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La nascita delle stellee dei sistemi planetari
Francesco PallaOsserrvatorio di Arcetri
Padova, dicembre 2006
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La Via Lattea
la nostra Galassia
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Buchi nel cielo stellato?
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stellegas
polvere
La Via Lattea
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Le nubi scure di polvere e … di gas molecolare
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La Grande Nube di Magellano:
la galassia satellite della Via Lattea
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stellegas
polvere
Galassia di Andromeda
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Le AntenneGalassie in collisione
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Formazione stellare nell’universo primordiale:
le prime stelle…
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• Lo spazio tra le stelle non è vuoto• La materia interstellare: “nubi” di gas e
polvere
• Gas: Idrogeno molecolare (H2), CO, H2O, NH3…
• Polvere: “sabbia” molto fine di silicati, grafite…• Le stelle nascono dalle nubi di gas e polvere
Formazione stellare: il fenomeno
più comune nell’universo
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Nubi di gas…
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e nubi di polvere
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Buchi nel cielo stellato?
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William Herschel ela scoperta della radiazione infrarossa
“...the full red falls still short of the maximum of heat; which perhaps lies even a little beyond visible refraction. In this case, radiant heat will at least partly, if not chiefly, consist, if I may be permitted the expression, of invisible light.”
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Herschel scopre laradiazione Infrarossanel 1800.
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Herschel scopre laRadiazione Infrarossanel 1800
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Vedere la luce attraverso il buio
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Emissione COOttico
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Dove nascono le stelle(con il telescopio spaziale
Hubble)
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Nebulosa Aquila
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nube interstellare
ammasso stellare
contrazione gravitazionale(1-10 milioni di
anni)
La nascita delle stelle:l’irresistibile attrazione della
gravità
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100 milioni di anni dopo… le Pleiadi
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3 1 -3 -6 -12-91
5
10
15
20
25 Dal gas diffuso alle Stelle e Pianeti
Nube
Log D
ensi
tà (
cm )
-3
Log Raggio (pc)
Disco
Stella
Terra
Nucleo
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Nube nterstellareNube nterstellare
1pc
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1. La nube interstellare• Dimensioni: milioni di volte il sistema solare
• Massa: migliaia di volte la massa del Sole
• Temperatura: 10 – 100 K (263 – 253 sotto zero!)
• Nelle nubi esistono regioni più dense (“globuli”) - dimensioni: 10,000 volte il sistema solare - massa: alcune volte la massa del Sole
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Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
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2. Collasso gravitazionale
• Se la gravità di un “globulo” vince la pressione del gas, il globulo comincia a contrarsi.
• Quando le dimensioni si sono ridotte a circa 100 volte il sistema solare, la temperaura al centro comincia ad aumentare
• Durata: 0.1 – 1 milioni di anni
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Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
protostellaprotostella
t =104-10
5 yr
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3. Fase proto-stellare
• Il globulo è adesso una sfera gassosa calda (10,000 K) (protostella) circondata da un disco circumstellare
• La protostella riceve materia dal disco, e la sua massa aumenta (accrescimento)
• Il disco a sua volta riceve ancora materia dalla nube
• Durata: 0,1 milioni di anni
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Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
protostellaprotostella
t =104-10
5 yr
Stella T TauriStella T Tauri
jet
Disco di accrescimento
100 AU
t =106-10
7 yr
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Dischi protoplanetari: breve digressione
E. Kant 1724-1804 P.S. Laplace 1749-1827
Una nube in rotazione lenta, gradualmente attirata dallasua stessa forza graviazionale e appiattita in un discorotante, dette origine al Sole e ai pianeti.
Ipotesi nebulare di Kant-Laplace
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Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
protostellaprotostella
t =104-10
5 yr
Stella T TauriStella T Tauri
jet
Disco di accrescimento
100 AU
t =106-10
7 yr
Stella diStella diSequenza PrincipaleSequenza Principale
sistemaplanetario
50 AU
t >107yr
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4. Nasce la stella
• La protostella continua a contrarsi fino a raggiungere circa 3 volte le dimensioni del Sole
• Temperatura alla superficie: 4000 K (superficie del Sole: 5800 K)
• Temperatura al centro: 10 milioni K (centro del Sole: 15 milioni K) • Si “accendono” le reazioni di fusione nucleare
al centro della protostella: l’energia prodotta crea la pressione che bilancia la forza di gravità
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Massa (masse solari) Durata (anni)
25 3 milioni
15 15 milioni
3 500 milioni
1.5 3 miliardi
1 (Sole) 10 miliardi
0.75 15 miliardi
0.5 200 miliardi
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Una culla di stelle nel cielo: la Grande Nebulosa di Orione
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La costellazione di Orione
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![Page 40: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/40.jpg)
Betelgeuse
Rigel
Spada di Orione
Cintura di Orione
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Ottico…
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Infrarosso!
![Page 43: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/43.jpg)
Infrarosso … e
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Viaggio nella Grande Nebulosa di Orione
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1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0
Log Mass (solar masses)
100.0
101.0
102.0
2
3
4
56789
2
3
4
56789
Lo
g N
+ C
on
sta
nt
Trapezium Cluster Initial Mass Function
HBL
Sun
Brown Dwarfs
La Funzione Iniziale di Massa nell’ammasso di Orione
Massa stellare (masse solari)
Log
Nu
mero
(m
ass
a)
10 1 0.08
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Le stelle si formano in gruppi/ammassi di1000-10000 stelle
La maggior parte delle nuove stelle sonosimili al Sole e anche più piccole: 0.2-0.5 M0
tempi di vita nucleare di 12-25 miliardi/anni
Stelle di grande massa (10-40 M0) sono moltopiù rare (1/1000-10000) tempi di vita nuclearedi 3-5 milioni di anni
La frequenza stellare ha una legge di potenzacome le formiche e gli elefanti sulla Terra…
La frequenza delle masse stellari
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AU = unità astronomica, distanza Terra-Sole
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4.5 Mld di anni dopo: la ricerca di altri sistemi planetari
![Page 50: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/50.jpg)
Michel Mayor & Didier Queloz: 1995
Osservatorio dell’Alta Provenza (1.8m)
51 Peg: primo pianeta
pianeta invisibile
Variazione moto stellaIndotto dal pianeta
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Transitidipianeti suldiscostellare:rari &difficili Variazione
dellaluminositàcoltempo
![Page 52: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/52.jpg)
Tutti i 182pianetiscoperti sinoraattorno a stelledi tiposolare
(dic 2006)
![Page 53: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/53.jpg)
http://exoplanets.org
![Page 54: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/54.jpg)
Circa 180 sistemi planetari in orbita attorno a stelle di tipo
solarescoperti fino ad oggi:
nessuno di questi è simile al Sistema Solare…
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Sistema Solare
Sistema Extrasolare
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Il primo pianeta di massa simile alla Terra: μ Arae 14 MΘ
Luglio 2005
![Page 57: La nascita delle stelle e dei sistemi planetari](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012908/568148bc550346895db5d97a/html5/thumbnails/57.jpg)
DARWIN SCFAB 21 November 2002 page: [email protected]
Alla ricerca dell’atmosfera vivente!
I segni della vita!
6 8 10 12 14 16 18
CO2
H2O
H2OO3
Wavelength (m)
Intensità
Sagan et al. 1993 Nature 365, 715
Venere, Terra, Marte
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Allaricerca di E.T. Darwin &Kepler
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Domande fondamentali:
Siamo figli delle stelle? Sì, chimicamente (produzione elementi chimici) geneticamente (dischi circumstellari)
Siamo figli di tutte le stelle?Mah, maggioranza di stelle non ha pianeti di tipo Giove entro 4 AU maggioranza di stelle in sistemi binari maggiornaza di stelle in ammassi di >100-1000-10000 stelle interazioni…
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Fine
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Dove trovaretutte lerisposte…
(Wiley-VCH 2004)