Dopo mesi di maltempo, la serata di venerdì 5 maggio 2023 si è finalmente presentata serena, pur con qualche velatura. Non sorprende quindi che in molti visitatori si siano presentati alla consueta apertura al pubblico dell'osservatorio "Vanni Bazzan" di S. Apollinare, desiderosi di esplorare la volta celeste sotto la guida dei nostri divulgatori.

La mini-conferenza di introduzione alla serata è stata dedicata alle stelle: come nascono, come evolvono, e come concludono la loro esistenza? Con uno dei nostri "astro attack" abbiamo mostrato al pubblico quanto sia semplice (si fa per dire...) costruire una stella con pochi ingredienti e un po' di ingegno. Ma andiamo con ordine.

Le stelle si formano quando una nube di gas (tipicamente, idrogeno) e polveri inizia ad addensarsi a causa della forza di gravità. Il collasso della nube spinge gli atomi di idrogeno sempre più vicini tra loro, fino ad innescare la reazione di fusione nucleare in cui gli atomi di idrogeno vengono "spinti" dalla gravità l'uno contro l'altro per produrre atomi di elio. Questo procedimento, su vasta scala, libera una immensa quantità di energia: si è accesa una stella!

L'idrogeno è un gas molto comune sulla Terra, ma si trova prevalentemente nelle molecole di acqua, che sono composte da due atomi di idrogeno legati a uno di ossigeno. Ecco gli ingredienti per separare l'idrogeno dall'ossigeno:

• una vaschetta d'acqua
• bicarbonato o sale da cucina
• un foglio di alluminio da cucina
• una batteria da 4,5V
• una provetta o piccolo flacone vuoto, anche di plastica
• del filo elettrico

Si scioglie qualche cucchiaino di bicarbonato o di sale da cucina nell'acqua; si collega il polo positivo al foglio di alluminio opportunamente piegato e immerso nell'acqua, e il polo negativo ad un pezzo di filo elettrico la cui estremità è stata privata della guaina di protezione.

Si immerge la provetta nella vaschetta e la si riempie completamente con la soluzione, facendo uscire tutta l'aria. Si posiziona la provetta con la base rivolta verso il basso e immersa nell'acqua; per mantenere stabile la provetta si può usare una molletta da bucato infilata in un sostegno di fil di ferro opportunamente sagomato. Inserendo il cavo elettrico collegato al polo positivo della batteria all'interno della fialetta, si svilupperanno delle piccole bolle di idrogeno che si accumuleranno in cima. Abbiamo ottenuto l'ingrediente con cui costruire una stella!

L'unico problema è che per costruire una stella di medie dimensioni come il nostro Sole servono 2 miliardi di miliardi di miliardi di tonnellate di idrogeno...

Le stelle evolvono in un delicato equilibrio tra la forza di gravità, che tende a comprimerle verso il centro, e l'energia prodotta dalla fusione nucleare che invece tende a farle esplodere. Finché queste forze si bilanciano, le stelle continuano a brillare; il nostro Sole è arrivato a circa metà della sua vita, e continuerà così per altri 6 miliardi di anni.

Una volta esaurito l'idrogeno, le stelle iniziano a fondere elio per produrre elementi via via più pesanti. Il processo termina quando viene prodotto ferro. Se si tenta di fondere atomi di ferro per produrre elementi più pesanti, non viene liberata energia ma ne viene consumata. A questo punto la sorte di una stella è segnata, e dipende dalla sua massa, cioè dalla quantità di materia che contiene.

Possibili evoluzioni delle stelle (cmglee, NASA Goddard Space Flight Center, CC BY-SA 4.0)

Le stelle di piccole dimensioni, come la nana rossa Proxima Centauri, si raffredderanno fino a diventare nane bianche, che rappresentano le ceneri della fornace nucleare ormai estinta. Il calore residuo viene irradiato nello spazio su tempi lunghissimi (il vuoto è infatti un ottimo isolante termico) e alla fine della stella rimane un oggetto freddo e inerte chiamato nana nera. Serve talmente tanto tempo perché una nana bianca perda tutto il suo calore che si ritiene che nell'intero universo non ci sia stato ancora tempo sufficiente per produrre alcuna nana nera.

Le stelle di medie dimensioni come il nostro Sole vanno incontro ad una fine un po' più movimentata. Quando il processo di fusione nucleare termina, la stella si gonfia per diventare una gigante rossa; in questa fase, il nostro Sole potrebbe arrivare a lambire l'orbita della Terra, che a quel punto sarebbe incenerita come i pianeti interni Mercurio e Venere. La gigante rossa espellerà gli strati esterni dell'atmosfera, producendo quella che viene chiamata nebulosa planetaria. Il nucleo della stella diventa una nana bianca, che andrà incontro allo stesso destino già descritto sopra.

Le stelle di grandi dimensioni sono destinate invece ad una fine spettacolare. Quando cessa la fusione nucleare, la loro immensa forza di gravità fa collassare la massa verso il centro. Si produce in questo modo una esplosione di supernova, che rilascia talmente tanta energia che per un breve periodo la stella morente brilla più dell'intera galassia di cui fa parte. Alcune supernove sono state osservate dagli astronomi dell'antichità come stelle che, per alcune settimane, erano visibili anche in pieno giorno. Il nucleo della stella viene compresso a densità elevatissime, e produce una stella di neutroni o, nel caso di stelle molto massicce, un buco nero.

Al termine della presentazione, la serata è proseguita nella cupola del telescopio principale e sul terrazzo in cui erano stati posizionati alcuni strumenti portatili. Nonostante la Luna piena rendesse difficile osservare gli oggetti dello spazio profondo, i visitatori hanno potuto ammirare il pianeta Venere con la sua fase (infatti, dato che l'orbita di Venere è interna a quella della Terra, il pianeta presenta delle fasi come la Luna), il sistema stellare multiplo Alcor e Mizar nella costellazione dell'Orsa Maggiore, l'ammasso del Presepe nella costellazione del Cancro, e gli ammassi globulari M3 nella costellazione dei Cani da Caccia e M13 nella costellazione di Ercole.

Polaris Aa e B viste attraverso un telescopio amatoriale (NVN271 - Own work, CC BY-SA 4.0)

Una chicca finale: con uno degli strumenti portatili siamo riusciti a mostrare ai visitatori più pazienti la stella polare in cui risultava visibile la componente Polaris B. La stella polare è infatti un sistema stellare multiplo composto da tre stelle: Polaris Aa (che è quella più luminosa, che vediamo a occhio nudo) che ha una compagna Polaris Ab troppo vicina per essere osservata con un telescopio amatoriale. La terza componente, Polaris B, è invece sufficientemente distante dalla stella principale -- circa 3 Unità Astronomiche, cioè circa tre volte la distanza media Terra-Sole che vale 150 milioni di km -- da poter essere osservata.

La tabella precedente mostra le caratteristiche delle tre stelle del sistema Polaris. M_☉ e R_☉ indicano rispettivamente la massa (circa 1,98 × 10³⁰ kg) e il raggio (circa 696000 km) del nostro Sole; di conseguenza, Polaris Aa ha cinque volte la massa e 37 volte il raggio del nostro Sole.