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Collasso Gravitazionale

Collasso Gravitazionale. A cura Dr. Fernando Marziali novembre 2009. Collasso Gravitazionale. L’attrazione fatale della gravità. guardando le stelle…. Qualche volta, guardando le stelle, ci possiamo chiedere: come finiscono le stelle? Oppure, come è nata una stella?

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Collasso Gravitazionale

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Presentation Transcript

  1. Collasso Gravitazionale A cura Dr. Fernando Marziali novembre 2009

  2. Collasso Gravitazionale L’attrazione fatale della gravità

  3. guardando le stelle…. • Qualche volta, guardando le stelle, ci possiamo chiedere: • come finiscono le stelle? • Oppure, come è nata una stella? • Per due quesiti così diversi, la risposta è unica:

  4. Le stelle sono nate da uncollasso gravitazionaleLe stelle finiscono in un collasso gravitazionale

  5. PRIMO CAPITOLO Le stelle sono nate da un collasso gravitazionale

  6. Caduta libera 1

  7. Caduta libera 1commento Il primo passo per capire il COLLASSO GRAVITAZIONALEè ampliare un concetto che ci è già familiare:LA CADUTA LIBERA. La CADUTA LIBERA ha luogo tutte le volte che una massa si trova nello spazio libero, soggetta a gravità

  8. Caduta libera 1

  9. Caduta libera 1commento La CADUTA LIBERA prosegue finchè la gravità non ha forze antagoniste capaci di contrastarla TOTALMENTE Quando un grave arriva a quota zero, trova una struttura di campi elettromagnetici che nella macrofisica si manifestano come “materia solida”, che contrasta e fa cessare la caduta libera

  10. Caduta libera 2

  11. Caduta libera 1commento Un satellite in orbita è una situazione DI CADUTA LIBERA in cui la gravità - diretta verso il basso - è equilibrata dall’impulso* *massa del satellite X velocità del satellite

  12. Caduta libera 2 Lo stesso vale per la lunae per l’intero sistema solare

  13. Caduta libera 2 …nelle galassie…. ..ogni stella, ogni nebulosa,ogni ammasso, è in caduta liberaverso il nucleo, mantenuto nella sua orbitadal suo impulso

  14. Nube Immaginiamo che questa nube

  15. Nube Immaginiamo che questa nube sia l'unico oggetto dell'universo

  16. Immaginiamo che questa nube sia l'unico oggetto dell'universo Nube Visto che ha un centro di gravità, si contrae perché tutte le sue particadono verso il centro? La domanda è logica, ma la caduta non può avere iniziose non sono realizzate precise condizioni tra massa, pressione e temperatura

  17. Immaginiamo che questa nube sia l'unico oggetto dell'universo Nube in parole semplici, una nube piccola è stabile,una nube immensa può essere instabile e collassare

  18. si tratta di capire che cosa significa immensa

  19. Nube cosmica

  20. Nube cosmica

  21. Nube cosmica

  22. ..ora che abbiamo capito che la materia cosmica tende a collassare*e che il collasso continua sino a che non insorgano forzecontrastanti la gravità, dobbiamo conoscere le altre forze dell’universo fisico *collassare significa cadere verso il baricentro

  23. La sorpresa sconcertante è che tra le quattro interazionila Gravità è di gran lunga la più debole. Sembra dunque stranoche non venga immediatamente contrastata e vinta da qualche altra interazione.Una prima risposta è immediata: basta vedere il raggio d’azionedelle varie forze. Le interazioni nucleari (forte e debole) hanno unraggio estremamente breve

  24. Le Interazioni La sola interazione contro cui la gravità può trovarsi a competereè l’interazione elettromagnetica

  25. Le Interazioni

  26. TUTTAVIA… • I grandi aggregati cosmici sono elettrostaticamente neutri

  27. …QUINDI… • La sola interazione rilevante su larga scala è la gravitazione • una nube ricca di materia va naturalmente incontro al collasso gravitazionale

  28. …CIOE’… • Qualunque aggregato di gas e polveri ha un centro di massa e non può fare altro che “cadere” verso di esso quando la pressione interstellare non è sufficiente a contrastare il collasso.

  29. Instabilità di Jeans • L' instabilità di Jeans è un tipo di instabilità che è all'origine del collasso gravitazionale delle nubi interstellari di gas e della conseguente formazione stellare. • Tale instabilità si instaura quando la pressione interna del gas non è in grado di contrastare il collasso gravitazionale

  30. IN UNA NUBE OMOGENEA DI GRANDI DIMENSIONI LE FORZE GRAVITAZIONALI SI COMPENSANO • LE NUBI DI IDROGENO ATOMICO E LE GMC SONO MOLTO ESTESE E DI BASSA DENSITA’. SONO STABILI • LE STELLE NASCONO PER UNA INSTABILITA’ GRAVITAZIONALE DELLE NUBI DI IDROGENO TIPO H II Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

  31. SOLO NELLE GALASSIE A SPIRALE… ….ALL’INTERNO DI REGIONI ESTESE DEL TIPO GMC NASCONO LE REGIONI H II PER EFFETTO DI ONDA D’URTO O PRESENZA DI CENTRI DI GRAVITA’

  32. DIMENSIONI DELLE REGIONI H II: DA UN ANNO LUCE A CENTO ANNI LUCE DENSITA’: DA POCHI ATOMI PER cm3 A 1 MILIONE DI ATOMI PER cm3 MASSA TOTALE: DA 100 MS A 10 000 MS TEMPERATURA: 10000 GRADI K MS Massa del Sole Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

  33. DA UNA GMC (Giant Molecolar Cloud) NASCE UNA REGIONE H II CIRCA IL 10% DELLA MASSA DELLA REGIONE H II SI TRAFORMA IN STELLE, IL RESTO VIENE SOFFIATO VIA Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

  34. Fase protostellare(MOLTO semplificata..) • L’aumento di pressione scalda il gas, e riesce a sostenere il peso degli strati esterni • ..ma il gas caldo irradia verso l’esterno,riducendo la pressione • ..e la nube può ulteriormente contrarsi L’energia persa per radiazione viene ricavataa spese dell’energia gravitazionale

  35. Accretion

  36. E finalmente, la stella • La temperatura del nucleo cresce, quando raggiunge 10 milioni di gradi è sufficiente per accendere la fusione dell’Idrogeno in Elio • 4 nuclei di Idrogeno fondono in un nucleo di Elio, rilasciando in energia 0,7 percento della massa iniziale

  37. E finalmente, la stella

  38. NGC 604 REGIONE DI FORMAZIONE STELLARE MOLTO GRANDE 1500 ANNI LUCE DI DIAMETRO IN M 33 TRIANGULUM GALAXY STELLE FINO A 60 Masse Solari Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

  39. Video GMC

  40. DA ASTRONOMY AGOSTO 2007

  41. FINE DEL PRIMO CAPITOLO

  42. SECONDO CAPITOLO Le stelle finiscono in un collasso gravitazionale

  43. Le stelle finiscono in un collasso gravitazionale • Quando la gravità non è più contrastata dalla pressione delle reazioni di fusione nucleare il collasso riprende il sopravvento • Ha luogo un processo di contrazioni e arresti successivi, • che viene percorso per intero solo dalle stelle con massa superiore a 10-20 masse solari

  44. Le tappe del collasso gravitazionale • Stelle molto piccole • Stelle di taglia solare • Stelle massicce • Stelle molto massicce

  45. Le tappe del collasso gravitazionale • Prima tappa: la Nana Bianca • Gli strati esterni della stella precipitano sui sottostanti fino a quando lo stato del nucleo diventa “degenerato” • E’ intervenuto un processo di arresto che prevale sulla gravità (degenerazione del gas di elettroni) • Stelle candidate: tutte eccetto le molto piccole

  46. Prima tappa: la Nana Bianca • degenerazione del gas di elettroni • Responsabile: il Principio di Esclusione • Risultato: un corpo cosmico con raggio di ~1000 km e massa fino a 1,4 volte la massa solare

  47. Seconda tappa: la stelle di neutroni • Il limite di Chandrasekar: 1,4 masse solari • Quando una Nana bianca supera questo limite, la gravità torna a prevalere! • Tutti gli elettroni vengono catturati nei protoni, la pressione di degenerazione non è più in grado di controbilanciare la gravità, la nana bianca crolla su se stessa…. • …ma anche i neutroni sono sottoposti al principio di esclusione

  48. Seconda tappa: la stella di neutroni anche i neutroni sono sottoposti al principio di esclusione

  49. Seconda tappa: la stella di neutroni • degenerazione del gas di neutroni • Responsabile: il Principio di Esclusione • Risultato: un corpo cosmico con raggio di 10 km e massa da 1,4 a 20 volte la massa solare

  50. Tra la prima e la seconda tappa: la Supernova

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