La nascita delle stelle
e dei sistemi planetari
Francesco Palla
Osserrvatorio di Arcetri
Padova, dicembre 2006
La Via Lattea
la nostra Galassia
Buchi nel cielo stellato?
La Via Lattea
gas
stelle
polvere
Le nubi scure di polvere e … di gas molecolare
La Grande Nube di Magellano:
la galassia satellite della Via Lattea
Galassia di Andromeda
gas
polvere
stelle
Le Antenne
Galassie in collisione
Formazione stellare
nell’universo primordiale:
le prime stelle…
Formazione stellare:
il fenomeno
più comune nell’universo
• Lo spazio tra le stelle non è vuoto
• La materia interstellare: “nubi” di gas e polvere
• Gas: Idrogeno molecolare (H2), CO, H2O, NH3…
• Polvere: “sabbia” molto fine di silicati, grafite…
• Le stelle nascono dalle nubi di gas e polvere
Nubi di gas…
e nubi di polvere
Buchi nel cielo stellato?
“...the full red falls still short of the maximum of heat; which
perhaps lies even a little beyond visible refraction. In this case,
radiant heat will at least partly, if not chiefly, consist, if I may
be permitted the expression, of invisible light.”
William Herschel e
la scoperta della
radiazione infrarossa
Herschel scopre la
radiazione Infrarossa
nel 1800.
Herschel scopre la
Radiazione Infrarossa
nel 1800
Vedere la luce attraverso il buio
Ottico
Emissione CO
Dove nascono le stelle
(con il telescopio spaziale Hubble)
Nebulosa Aquila
La nascita delle stelle:
l’irresistibile attrazione della gravità
nube interstellare
contrazione gravitazionale
(1-10 milioni di anni)
ammasso stellare
100 milioni di anni dopo… le Pleiadi
Dal gas diffuso alle Stelle e Pianeti
25
-3
)
Log Densità (cm
20
Terra
15
Stella
10
Disco
5
1
Nucleo
Nube
3
1
-3
-6
Log Raggio (pc)
-9
-12
Nube nterstellare
1pc
1. La nube interstellare
•
Dimensioni: milioni di volte il sistema solare
•
Massa: migliaia di volte la massa del Sole
•
Temperatura: 10 – 100 K (263 – 253 sotto
zero!)
•
Nelle nubi esistono regioni più dense
(“globuli”)
- dimensioni: 10,000 volte il sistema solare
- massa: alcune volte la massa del Sole
Nube interstellare
collasso
gravitazionale
10 000 AU
1pc
2. Collasso gravitazionale
• Se la gravità di un “globulo” vince la pressione del
gas, il globulo comincia a contrarsi.
• Quando le dimensioni si sono ridotte a circa 100 volte
il sistema solare, la temperaura al centro comincia ad
aumentare
• Durata: 0.1 – 1 milioni di anni
Nube interstellare
collasso
gravitazionale
10 000 AU
protostella
1pc
4
5
t =10 -10 yr
3. Fase proto-stellare
• Il globulo è adesso una sfera gassosa calda (10,000 K)
(protostella) circondata da un disco circumstellare
• La protostella riceve materia dal disco, e la sua massa
aumenta (accrescimento)
• Il disco a sua volta riceve ancora materia dalla nube
• Durata: 0,1 milioni di anni
Nube interstellare
collasso
gravitazionale
10 000 AU
protostella
1pc
100 AU
4
5
t =10 -10 yr
Disco di accrescimento
jet
Stella T Tauri
6
7
t =10 -10 yr
Dischi protoplanetari: breve digressione
Ipotesi nebulare di Kant-Laplace
Una nube in rotazione lenta, gradualmente attirata dalla
sua stessa forza graviazionale e appiattita in un disco
rotante, dette origine al Sole e ai pianeti.
E. Kant 1724-1804
P.S. Laplace 1749-1827
Nube interstellare
collasso
gravitazionale
10 000 AU
protostella
1pc
100 AU
4
50 AU
Disco di accrescimento
jet
sistema
planetario
7
t >10 yr
Stella di
Sequenza Principale
5
t =10 -10 yr
Stella T Tauri
6
7
t =10 -10 yr
4. Nasce la stella
• La protostella continua a contrarsi fino a raggiungere
circa 3 volte le dimensioni del Sole
• Temperatura alla superficie: 4000 K
(superficie del Sole: 5800 K)
• Temperatura al centro: 10 milioni K
(centro del Sole: 15 milioni K)
• Si “accendono” le reazioni di fusione nucleare al
centro della protostella: l’energia prodotta crea la
pressione che bilancia la forza di gravità
Massa (masse solari)
Durata (anni)
25
15
3
1.5
1 (Sole)
0.75
0.5
3 milioni
15 milioni
500 milioni
3 miliardi
10 miliardi
15 miliardi
200 miliardi
Una culla di stelle nel cielo:
la Grande Nebulosa di Orione
La costellazione di Orione
Betelgeuse
Cintura di Orione
Spada di Orione
Rigel
Ottico…
Infrarosso!
Infrarosso … e
Viaggio nella Grande Nebulosa di Orione
Trapezium
Initial nell’ammasso
Mass Function
La Funzione Iniziale
diCluster
Massa
di Orione
Sun
HBL
Log N + Constant
Log Numero (massa)
102.09
8
7
6
5
4
3
2
101.09
8
7
6
5
4
Brown Dwarfs
3
2
100.0
1.5
1.0 10
0.5
0.01
-0.5
-1.0
0.08
Mass (solar
masses)
Massa Log
stellare
(masse
solari)
-1.5
-2.0
La frequenza delle masse stellari
Le stelle si formano in gruppi/ammassi di
1000-10000 stelle
La maggior parte delle nuove stelle sono
simili al Sole e anche più piccole: 0.2-0.5 M0
tempi di vita nucleare di 12-25 miliardi/anni
Stelle di grande massa (10-40 M0) sono molto
più rare (1/1000-10000)  tempi di vita nucleare
di 3-5 milioni di anni
La frequenza stellare ha una legge di potenza
come le formiche e gli elefanti sulla Terra…
AU = unità astronomica, distanza Terra-Sole
4.5 Mld di anni dopo:
la ricerca di altri
sistemi planetari
Michel Mayor & Didier Queloz: 1995
Osservatorio dell’Alta Provenza (1.8m)
51 Peg: primo pianeta
Variazione moto stella
Indotto dal pianeta
pianeta
invisibile
Variazione
della
luminosità
col
tempo
Transiti
di
pianeti
sul
disco
stellare:
rari &
difficili
Tutti i
182
pianeti
scoperti
sinora
attorno
a stelle
di tipo
solare
(dic 2006)
http://exoplanets.org
Circa 180 sistemi planetari in
orbita attorno a stelle di tipo
solare
scoperti fino ad oggi:
nessuno di questi è simile al
Sistema Solare…
Sistema Extrasolare
Sistema Solare
Il primo pianeta di massa simile
alla Terra: μ Arae  14 MΘ
Luglio 2005
Alla ricerca dell’atmosfera
vivente!
I segni della vita!
I
n
t
e
n
s
i
H2O
t
à
6
8
Venere, Terra, Marte
CO2
O3
H2 O
10
12
14
16
Wavelength (mm)
[email protected]
18
DARWIN
Sagan et al. 1993 Nature 365, 715
SCFAB 21 November 2002 page: 57
Alla
ricerca
di
E.T. 
Darwin
&
Kepler
Domande fondamentali:
Siamo figli delle stelle?
Sì, chimicamente (produzione elementi chimici)
geneticamente (dischi circumstellari)
Siamo figli di tutte le stelle?
Mah, maggioranza di stelle non ha pianeti di tipo
Giove entro 4 AU
maggioranza di stelle in sistemi binari
maggiornaza di stelle in ammassi di
>100-1000-10000 stelle  interazioni…
Fine
This book is a compreh
of thetrovare
most active fields
Dove
guided through the sub
tutte
le from a general
Starting
risposte…
clouds, the authors deli
evolution. They discuss
Way, but also in other g
past. Theory and obser
the aid of numerous fig
volume is an invaluable
and astronomy graduat
professional scientists.
(Wiley-VCH 2004)
From the Contents: