Come si descrive, una stella?

E’ vero. Siamo ammirati per tutte le scoperte che ci arrivano dallo studio dei cieli, magari siamo astrofili dilettanti o anche osservatori esperti, abituati a muoverci tra CCD, inseguimenti elettronici e tempi di esposizione… può capitare però, che in un angolino della mente, si pensi alle stelle come “oggetti” complicatissimi, la cui descrizione richiede uno studio attento e paziente, una lunga e provata esperienza scientifica… ebbene, non è affatto vero!

O meglio.. la verità è in mezzo. E’ vero che la descrizione accurata degli interni di una stella, in termini di pressione, temperatura, densità, etc… coinvolge una serie piuttosto complicata di calcoli e di approssimazioni numeriche. Tanto complessa che nella pratica ci si affida ai calcolatori: sono loro che – opportunamente istruiti – ci permettono di seguire la “vita” di una certa stella, dalla formazione fino a magari lo scoppio a supernova; sono sempre loro che ci aiutano a modellare le popolazioni stellari come gli ammassi aperti e globulari… fino alle galassie e agli ammassi di galassie.

Tuttavia se i calcoli sono molto complessi, è anche vero che la formulazione teorica “di base” di un oggetto stellare deriva da ben poche considerazioni, la cui semplicità è addiruttura affascinante; così come affascinante può essere la catena logica di considerazioni che portano gradualmente alla più piena descrizione del “fenomeno stella”.

Un campo pieno pieno di stelle, nella costellazione del Sagittario. Benchè diverse in colori e dimensioni, le stelle sono governate da poche semplici leggi (Crediti: NASA)

Nello specifico, per descriveve una stella basta pensare ad una massa di gas autogravitante (cioè che si “crea” la gravità dalla sua stessa esistenza), non relativistica (dove vale fisica classica), e in equilibrio idrostatico (che vuol semplicemente dire che in ogni punto, la pressione del gas verso l’esterno, bilancia la sua gravità che lo spingerebbe verso il centro). Tutto qui: descrivendo matematicamente questa semplice situazione (e si tratta di matematica elementare o poco più), si ottengono cinque equazioni (quattro “differenziali”, che trattano di piccole variazioni, e una “normale”, che poi si chiama equazione di stato). Le equazioni legano tra loro i parametri seguenti (da conoscere lungo tutta la profondità della stella):

• pressione
• luminosità
• raggio
• temperatura
• massa
• densità (cioè quanta materia c’è in una unità di volume)

La formulazione teorica è molto semplice. Il bello è che descrivere questa massa di gas è in tutto e per tutto descrivere una stella (perlomeno, nella gran parte della sua vita). Non vi sono trucchi, o segreti particolari!

Va solo detto che se vogliamo arrivare a stime numeriche vere e proprie delle quantità in gioco, avremo bisogno di sapere qualcos’altro. Se ci pensiamo, è normale: dobbiamo sapere con che tipo di “materia” abbiamo a che fare… cioè come crea energia, quanto è trasparente od opaca alla radiazione, come si comporta la pressione ad una variazione di temperatura o densità. Sono le equazioni di stato, di opacità e di produzione di energia (quest’ultima per tener conto del fatto che la stella ha “i motori accesi”, che si basano sulla fusione nucleare). Per saperle descrivere, dobbiamo sapere come si comporta il gas stellare. Spesso si conoscono in forma di tabelle numeriche (ricavate da esperimenti in laboratorio), che si mettono nel programma di calcolatore che risolve le equazioni che dicevamo, per ogni istante di vita della stella.

Fatto questo… il resto sono dettagli. Anche complicati, insidiosi, lunghi da implementare nel programma di evoluzione stellare. Ma sono dettagli, la base – spero di avervi convinto – è decisamente semplice.

Per me, il bello dell’evoluzione stellare è anche in questo…

Post ispirato dal paragrafo “L’equilibrio delle strutture stellari” dal testo “Fondamenti di Astrofisica Stellare” di Vittorio Castellani