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Red Hanuman
25-04-2015, 22:57
Come ti illumino l’Universo primordiale
Uno studio condotto da due ricercatori canadesi mostra come le stelle primordiali potrebbero essersi formate in gruppi ed aver attraversato un lungo periodo di attività, emettendo lampi luminosi con picchi fino a 100 milioni di volte la luminosità del Sole
di Elisa Nichelli



Le prime stelle dell’Universo sono nate svariate centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang, al termine di un periodo noto come l'”età oscura” della cosmologia, ovvero quando gli atomi di idrogeno ed elio si erano già formati, ma nulla emetteva luce visibile. Due ricercatori canadesi hanno studiato come erano fatte queste stelle primordiali e hanno scoperto che potrebbero essere state raggruppate, sperimentando picchi di luminosità fino a 100 milioni di soli. Alexander DeSouza e Shantanu Basu, entrambi della University of Western Ontario in Canada, hanno pubblicato i loro risultati in un articolo (http://mnras.oxfordjournals.org/lookup/doi/10.1093/mnras/stv523) apparso sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


I due scienziati hanno sviluppato un modello che spiega come la luminosità delle stelle dovrebbe essere variata a partire da quando si sono formate dal collasso gravitazionale di dischi di gas. Le prime fasi dell’evoluzione si sono rivelate caotiche, con grumi di materiale che si addensa e spiraleggia verso il centro dei dischi, creando lampi di luce un centinaio di volte più luminosi rispetto alla media. Queste prime stelle si sarebbero trovate al loro massimo di luminosità quando erano nella fase di protostelle, vale a dire quando si stavano ancora formando e raccoglievano materiale.


In un piccolo gruppo, da 10 a 20 protostelle, la presenza di numerosi lampi di quel tipo potrebbe implicare che l’ammasso spenda lunghi periodi a luminosità molto alte. Secondo la simulazione, un gruppo di 16 protostelle potrebbe sperimentare una luminosità che supera di 1000 volte quella a riposo, fino a raggiungere la straordinaria luminosità di 100 milioni di soli.


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Le stelle primordiali prodotte dal nostro Universo hanno vissuto vite molto brevi e hanno prodotto i primi elementi pesanti come il carbonio e l’ossigeno, da cui dipende la chimica della vita. La luce proveniente da queste stelle ha viaggiato verso di noi per quasi 13 miliardi anni, pertanto appaiono molto deboli agli osservatori sulla Terra e le lunghezze d’onda della luce che proviene da loro vengono stirate fino alla banda infrarossa dall’espansione dell’Universo. Tutto ciò rende molto difficile osservare questo tipo di stelle, ma il telescopio spaziale James Webb Space Telescope (JWST) esaminerà il cielo cercando proprio loro. Sebbene la luminosità di una singola stella primordiale sia probabilmente troppo debole per poter essere individuata da JWST, lo studio di DeSouza e Basu suggerisce che questi gruppi di protostelle potrebbero essere fari nell’Universo primordiale.


Shantanu Basu ha commentato: «Osservare le stelle primordiali è un obiettivo scientifico fondamentale per JWST ed è una parte fondamentale delle investigazioni degli astronomi che cercano di tracciare la storia del cosmo. Se abbiamo ragione, entro qualche anno potremo vedere questi enigmatici e abbaglianti oggetti mentre nascevano e illuminavano l’Universo intorno a loro».


Articolo originale QUI (http://www.media.inaf.it/2015/04/22/come-ti-illumino-luniverso-primordiale/).

Morimondo
13-05-2015, 16:30
I due scienziati hanno sviluppato un modello che spiega come la luminosità delle stelle dovrebbe essere variata a partire da quando si sono formate dal collasso gravitazionale di dischi di gas. Le prime fasi dell’evoluzione si sono rivelate caotiche, con grumi di materiale che si addensa e spiraleggia verso il centro dei dischi...
Articolo originale [SIZE=3][B]QUI (http://www.media.inaf.it/2015/04/22/come-ti-illumino-luniverso-primordiale/).

Il gas che formerà una stella precipita verso il centro formando un disco, i pianeti di un sistema solare sono tutti più o meno su un piano, un buco nero succhia la materia di una stella e crea un disco di accrescimento, sembra che in questi tre esempi manchi la terza dimensione, perchè?

La formazione di disco di accrescimento attorno a un buco nero potrebbe essere in relazione all'asse di rotazione della stella cannibalizzata?
I pianeti di un sistema solare potrebbero essere originati dalla materia espulsa dal sole se all'inizio avesse avuto una velocità di rotazione alta?
Nella formazione di una stella ove non vi sono assi di rotazione perchè la gravità è a due dimensioni?

DarknessLight
13-05-2015, 17:43
Morimondo dipende semplicemente da un piccolo squilibrio iniziale che porta poi il sistema (in particolare il baricentro: es il sole per il sistema solare) a ruotare su un preciso asse, e da qui si formano poi i dischi di gas, polveri, pianeti, ecc che ruotano su un orbita piu o meno circolare che poggia su di un piano PERPENDICOLARE alla asse di rotazione del sistema stesso.
Il livellamento del disco che si assottiglia fino a diventare bidimensionale è dovuto all effetto della forza centrifuga che fa a braccio di ferro con la gravità. È un gioco di vettori.
Anche i pianeti stessi risentono di questo rigonfiamento equatoriale, vedi ad esempio la terra che è un ellisse.
Ma la gravità è uguale in tutte le direzioni!!!

Red Hanuman
13-05-2015, 22:07
Il gas che formerà una stella precipita verso il centro formando un disco, i pianeti di un sistema solare sono tutti più o meno su un piano, un buco nero succhia la materia di una stella e crea un disco di accrescimento, sembra che in questi tre esempi manchi la terza dimensione, perchè?

La formazione di disco di accrescimento attorno a un buco nero potrebbe essere in relazione all'asse di rotazione della stella cannibalizzata?
I pianeti di un sistema solare potrebbero essere originati dalla materia espulsa dal sole se all'inizio avesse avuto una velocità di rotazione alta?
Nella formazione di una stella ove non vi sono assi di rotazione perchè la gravità è a due dimensioni?
DarknessLight ha dato una buona risposta, ma vediamo un po' meglio: tutto parte da una nube interstellare che, per qualche motivo, inizia a collassare. Il collasso dipende dalla temperatura della nube e dalla sua massa totale (vedi Teorema del viriale (http://it.wikipedia.org/wiki/Teorema_del_viriale) e Instabilità di Jeans (http://it.wikipedia.org/wiki/Instabilit%C3%A0_di_Jeans#La_massa_di_Jeans)).
Di fatto, per via di piccole perturbazioni e delle turbolenze interne, la nube che collassa inizia a ruotare su se stessa e, per effetto della concentrazione della massa, una piccolissima velocità di rotazione iniziale diventa sempre più grande (per la conservazione del momento angolare (http://Legge di conservazione del momento angolare)... Vedi quello che accade ad una pattinatrice su ghiaccio che, ruotando su di se e chiudendo le braccia, aumenta la sua velocità di rotazione). Tra l'altro, questo processo di rotazione innesca anche ionizzazioni della materia e campi magnetici, che collaborano al collasso della nube.
Ciò implica che si formi un disco di accrescimento (la gravità agisce in ogni direzione, ma viene maggiormente contrastata dalla forza centrifuga che si sviluppa per la rotazione, e che è massima lungo il piano equatoriale di rotazione).
Su questo piano si possono, dunque, creare i pianeti.

Una troppo alta velocità di rotazione del Sole ne avrebbe impedito la formazione, disgregandolo. Ecco perchè non è possibile che i pianeti siano stati espulsi dal Sole (tra l'altro, se così fosse, i pianeti dovrebbero avere la stessa composizione chimica del Sole....).

Il disco di accrescimento di un BN, per quanto detto sopra, è ovvio che si formi lungo il piano equatoriale di rotazione.
Difficile che si formi una stella senza che si inneschino rotazioni della nube..... ;)

Enrico Corsaro
14-05-2015, 04:54
Lo studio è sicuramente interessante, ma servono molti più dati! Le simulazioni secondo me non bastano e sono un pò "azzardose". Per fortuna ammettono che ci vorrà JWST per capirci di più ;).

Comunque concordo con quanto detto da Red senz'altro. E' un discorso però abbastanza profondo da un punto di vista fisico ma provo a spiegarlo.
Il piano che comporta la condizione di minima energia del sistema è quello che corrisponde al piano perpendicolare all'asse di rotazione e passante per il centro di massa del sistema, cioè il centro della stella nel qual caso, e questo piano è detto piano di rotazione, o piano equatoriale. In questo piano la forza centrifuga è massima e meglio contrasta quella di attrazione gravitazionale, rendendo così il moto orbitale stabile. Quindi sostanzialmente quello che accade è che tutta la materia (o buona parte) che rimane fuori dal piano di rotazione tende a cadere verso il centro, perchè la forza centrifuga non è sufficientemente alta a contrastare l'attrazione gravitazionale. La materia quindi non in linea con il piano di rotazione tende a cadere sulla stella con il passare del tempo, lasciando così solo la materia che ruota sul piano di rotazione della stella.

La rotazione attorno ad un asse nasce con la formazione di un centro di gravità. Un centro di gravità porta sempre ad un appiattimento della materia circostante a causa della conservazione del momento angolare. Se la rotazione è troppo elevata si crea una rottura del sistema perchè la forza fittizia centrifuga diventa talmente forte da superare quella di attrazione gravitazionale. Non è dunque perchè la gravità agisce sul piano e basta che si crea un disco, la gravità agisce sempre in tre dimensioni.
In verità però non si tratta mai di un disco vero e proprio, questo è bene dirlo, perchè sappiamo che le orbite dei pianeti sono anche inclinate rispetto al piano equatoriale della stella e talvolta anche di parecchi gradi. Quindi in parole povere nella realtà, i piani orbitali possono anche non coincidere (e spesso succede!!) con quello equatoriale della stella, cioè col piano perpendicolare all'asse di rotazione e passante per il centro della stella.

Non dobbiamo poi confondere due concetti di cui si è parlato.
1) Quando si parla di buco nero si parla di disco di accrescimento (perchè il materiale è in caduta verso il centro e va ad accrescere il buco nero) e ci si riferisce allo stadio ultimale di una stella massiva (oltre 10 masse solari). In questo caso il disco generalmente contiene materia che non faceva parte in precedenza del sistema stellare ma che è stata attirata successivamente da regioni più esterne.
2) Quando si parla di protostella (cioè giovane stella in formazione) invece si parla di disco protoplanetario (se ci sono pianeti) o protostellare (se c'è solo la stella), e ci si riferisce solo alle prime fasi di vita della stella. La materia che costituisce il disco protostellare è la stessa di quella con cui si è formata la stella. Sono quindi due condizioni completamente diverse.

Se un buco nero si forma, è perchè in precedenza era una stella molto massiva. La sua rotazione sarà pertanto in accordo con quella precedente che aveva la stella.

Inoltre quando una stella si forma c'è sempre un moto di rotazione, nessun astro ne è privo ed anzi più la stella è giovane e più ruota velocemente. Perchè si crea sempre rotazione? Per la conservazione del momento angolare.
Immagina qualcosa come una nube che sia molto estesa e poco densa. Prendi una molecola in questa nube e immagina che abbia una, se pur minuscola, velocità di moto perpendicolare all'asse tra la molecola ed il centro della nube attorno a cui la nube poi inizierà a collassare. Man mano che la nube si contrae verso il centro, quella molecola deve sostenere la conservazione del momento angolare. La sua minuscola velocità diventerà sempre più grande man mano che si avvicina verso il centro. Questo fa si che la nube (e quindi la molecola stessa al suo interno) inizi a ruotare in modo considerevole attorno all'asse di rotazione via via che essa si addensa verso il centro di gravità. E' un processo inevitabile e accade anche per le galassie ad esempio.

Dopo essersi formata ed avere inizialmente una velocità di rotazione elevata, la stella man mano rallenta la sua rotazione con il passare del tempo a causa di processi dissipativi energetici, mareali, perdita di massa, ed espansione nelle fasi di gigante rossa. Questo ha portato alla nascita di un tipo di scienza conosciuta come girocronologia, la quale ci dice che in linea di principio misurando il periodo di rotazione di una stella si può risalire alla sua età.

Gaetano M.
14-05-2015, 16:35
Per chi non sapesse cos'è JWST (io non lo sapevo :oops:): http://jwst.nasa.gov/index.html.

Morimondo
17-05-2015, 10:59
Per chi non sapesse cos'è JWST (io non lo sapevo :oops:): http://jwst.nasa.gov/index.html.

Gaetano grazie, in effetti per chi come me non è studente di fisica o matematica e non è un'astronomo attivo (non ho un telescopio) molti acronimi non sono scontati