Informazioni sulla fusione nucleare nelle stelle

La fusione nucleare è la linfa vitale delle stelle e un processo importante per capire come funziona l'universo. Il processo è ciò che alimenta il nostro Sole, e quindi è la fonte principale di tutta l'energia sulla Terra. Ad esempio, il nostro cibo si basa sul mangiare piante o mangiare cose che mangiano piante, e le piante usano la luce del sole per produrre cibo. Inoltre, praticamente tutto nel nostro corpo è composto da elementi che non esisterebbero senza la fusione nucleare.

La fusione è una fase che avviene durante la formazione stellare. Questo inizia nel collasso gravitazionale di una gigantesca nube molecolare. Queste nubi possono estendersi su diverse decine di anni luce cubici di spazio e contenere grandi quantità di materia. Quando la gravità fa collassare la nuvola, si rompe in pezzi più piccoli, ciascuno centrato attorno a una concentrazione di materia. Man mano che queste concentrazioni aumentano di massa, la corrispondente gravitazione e quindi l'intero processo accelera, con il collasso stesso che crea energia termica. Alla fine, questi pezzi si condensano sotto il calore e la pressione in sfere gassose chiamate protostelle. Se una protostella non concentra una massa sufficiente, non raggiunge mai la pressione e il calore necessari per la fusione nucleare e diventa una nana bruna. L'energia che sale dalla fusione che avviene al centro raggiunge uno stato di equilibrio con il peso della materia della stella, impedendo un ulteriore collasso anche nelle stelle supermassicce.

La maggior parte di ciò che costituisce una stella è gas idrogeno, insieme a un po' di elio e una miscela di oligoelementi. L'enorme pressione e calore nel nucleo del Sole è sufficiente per provocare la fusione dell'idrogeno. La fusione dell'idrogeno unisce due atomi di idrogeno, determinando la creazione di un atomo di elio, neutroni liberi e una grande quantità di energia. Questo è il processo che crea tutta l'energia rilasciata dal Sole, compreso tutto il calore, la luce visibile e i raggi UV che alla fine raggiungono la Terra. L'idrogeno non è l'unico elemento che può essere fuso in questo modo, ma gli elementi più pesanti richiedono quantità successivamente maggiori di pressione e calore.

Alla fine le stelle iniziano a esaurire l'idrogeno che fornisce il combustibile di base e più efficiente per la fusione nucleare. Quando ciò accade, l'energia crescente che sosteneva l'equilibrio stava impedendo un'ulteriore condensazione della stella, provocando una nuova fase di collasso stellare. Quando il collasso esercita una pressione sufficiente e maggiore sul nucleo, è possibile un nuovo ciclo di fusione, questa volta bruciando l'elemento più pesante dell'elio. Le stelle con una massa inferiore alla metà del nostro Sole non hanno i mezzi per fondere l'elio e diventano nane rosse.

Quando una stella inizia a fondere l'elio nel nucleo, la produzione di energia aumenta rispetto a quella dell'idrogeno. Questa maggiore potenza spinge gli strati esterni della stella più lontano, aumentandone le dimensioni. Ironia della sorte, questi strati esterni sono ora abbastanza lontani da dove sta avvenendo la fusione per raffreddarsi un po', trasformandoli dal giallo al rosso. Queste stelle diventano giganti rosse. La fusione dell'elio è relativamente instabile e le fluttuazioni di temperatura possono causare pulsazioni. Crea carbonio e ossigeno come sottoprodotti. Queste pulsazioni hanno il potenziale per far esplodere gli strati esterni della stella in un'esplosione di nova. Una nova può a sua volta creare una nebulosa planetaria. Il nucleo stellare rimanente si raffredderà gradualmente e formerà una nana bianca. Questa è la probabile fine per il nostro Sole.

Le stelle più grandi hanno più massa, il che significa che quando l'elio è esaurito, possono avere una nuova ciclo di collasso e produrre la pressione per iniziare un nuovo ciclo di fusione, creando ancora più pesante elementi. Questo può potenzialmente andare avanti fino al raggiungimento del ferro. Il ferro è l'elemento che divide gli elementi che possono produrre energia in fusione da quelli che assorbono energia in fusione: il ferro assorbe poca energia nella sua creazione. Ora la fusione sta drenando, piuttosto che creare energia, anche se il processo non è uniforme (la fusione del ferro non avverrà universalmente nel nucleo). La stessa instabilità di fusione nelle stelle supermassicce può farle espellere i loro gusci esterni in un modo simile alle stelle regolari, con il risultato che viene chiamato supernova.

Una considerazione importante nella meccanica stellare è che tutta la materia nell'universo più pesante dell'idrogeno è il risultato della fusione nucleare. Elementi veramente pesanti, come oro, piombo o uranio, possono essere creati solo attraverso esplosioni di supernova. Pertanto, tutte le sostanze con cui abbiamo familiarità sulla Terra sono composti costruiti dai detriti di una passata scomparsa stellare.