La complessa dinamica interna delle stelle e la fusione nucleare

Struttura interna delle stelle

Non è possibile osservare direttamente la struttura interna di una stella. Pertanto sono stati fatti studi teorici ed elaborati modelli degli interni stellari. La fonte dell’energia emessa sotto forma di luce da una stella è l’energia nucleare. Infatti nel nocciolo delle stelle si realizzano particolari condizioni di temperatura e di pressione ed avvengono reazioni di fusione nucleare in cui la massa si trasforma in energia. L’energia liberata in queste reazioni viene emessa dalla stella sotto forma di calore e radiazioni elettromagnetiche. Per effetto della forza di attrazione gravitazionale gli strati esterni esercitano una forte pressione negli strati interni delle stelle, che tendono a contrarsi cioè a collassare (la contrazione avviene quando la forza gravitazionale non viene contrastata adeguatamente dalla “resistenza” opposta dai materiali presenti all’interno della stella). Quando avviene un collasso gravitazionale la temperatura interna della stella aumenta. La forza gravitazionale è tanto più intensa quanto maggiore è la massa della stella.

Energia nucleare e fusione

Le reazioni di fusione nucleare sono reazioni in cui due o più nuclei atomici si uniscono per formarne uno solo più complesso. Il nuovo nucleo che si crea ha sempre una massa minore della somma delle masse dei nuclei iniziali. Si verifica quindi una perdita di massa (difetto di massa). Ma Albert Einstein ha scoperto che in realtà questa massa m “perduta” viene trasformata in energia E. Infatti E=mc² , in cui c è la velocità della luce. Le reazioni di fusione nucleare possono avvenire se temperatura e densità raggiungono valori elevatissimi. Infatti in queste condizioni

1. La materia passa allo stato di plasma, in cui gli elettroni si separano dal nucleo e formano un “mare” in cui i nuclei si muovono liberamente;

2. Grazie alla temperatura elevata i nuclei atomici hanno una energia cinetica sufficiente per vincere la forza di repulsione elettrostatica che ne impedisce la fusione a basse temperature. Anche la pressione è importante: se la pressione aumenta i nuclei sono costretti a muoversi in uno spazio ridotto e hanno più probabilità di scontrarsi.

Pressione e stabilità stellare

L’energia prodotta dalle reazioni termonucleari non viene dissipata integralmente all’esterno sotto forma di luce e calore. Una parte riscalda la materia all’interno della stella, determinando una pressione rivolta verso l’esterno. Questa pressione, detta pressione di radiazione, si oppone a quella generata dalla forza di gravità, impedendo, durante lo svolgimento delle reazioni termonucleari, il collasso della stella. Le reazioni termonucleari modificano la composizione chimica delle stelle e ne riducono la massa.