Concetti Chiave
- L'idrogeno, l'atomo più semplice e diffuso nell'universo, si trasforma in elio attraverso reazioni termonucleari nelle stelle.
- Le alte temperature nelle stelle permettono ai nuclei di idrogeno di fondersi, superando la repulsione tra cariche simili, formando plasma e rilasciando energia.
- Stelle simili al sole seguono il ciclo "protone-protone", trasformando protoni in deuterio e successivamente in elio-3 ed elio-4, con produzione di positroni e neutrini.
- Stelle più massicce del sole utilizzano il ciclo "carbonio-azoto" per convertire il carbonio-12 in elio-4, emettendo positroni, neutrini e raggi gamma.
- Le giganti rosse, prive di idrogeno, sintetizzano elementi pesanti fino al ferro, poiché oltre questo punto la produzione di energia non è sostenibile.
REAZIONI TERMONUCLEARI
L’idrogeno è l’atomo più piccolo e rintracciabile facilmente nell’universo proprio per la sua semplice composizione fatta da un elettrone un protone e un neutrone(1 orbitale). La reazione termonucleare che avviene nelle stelle a causa dell’elevatissima temperatura fa si che 4 nuclei di idrogeno si fondano per formarne uno di Elio. Com’è possibile ciò? Questo perché l’alta temperatura del nucelo fa si che l’energia cinetica delle particelle è così elevata che gli elettroni si dissociano dai protoni facendo si che la materia si trovi allo stato di plasma in cui a causa sempre dell’elevata temperatura i nuclei di idrogeno riescono a combattere addirittura la forza secondo cui le cariche dello stesso segno si respingono fondendosi. Questa fusione produce una piccola parte di energia e la formazione di nuove particelle. Col diagramma HR gli astrofisici distinguono 3 casi :
-
- lungo la sequenza principale troviamo stelle con massa più o meno simile a quella del sole con una temperatura che va dai 7 milioni di gradi Kelvin ai 10 milioni di gradi Kelvin. In questo caso abbiamo il ciclo “protone-protone” ossia inizia tutto con 2 protoni che si trasformano in un nucleo di Deuterio [isotopo dell’idrogeno] ossia in un protone e un neutrone che deriva dall’altro protone per perdita di un positrone
Il nucleo di deuterio poi si fonde con un altro protone per fare un nucleo di Elio-3 e raggi
Questi poi a loro volta se la temperatura è inferiore ai 3 milioni di gradi Kelvin si trasformano nell’isotopo Elio-4 liberando due protoni per poi riprendere il ciclo, se invece è superiore seguono un ciclo più complesso con la formazione di nuclei di berillio e litio:
- Le stelle della sequenza principale che hanno massa superiore a quella de sole e quindi una temperatura superiore ai 15 milioni di gradi kelvin seguono il ciclo “carbonio-azoto” grazie al quale si parte da un nucleo di carbonio-12 e per aggiunta di 4 protoni si producono un nucleo di Elio-4, positroni,neutrini e raggi
-Giganti rosse, ossia quelle stelle in cui non è più presente l’idrogeno il quale è stato trasformato completamente in elio. Dall’elio producono via via sempre elementi più pesanti quanto maggiore è la massa della stella. Prima si passa al Carbonio, poi ossigeno e neon più raggi
Domande da interrogazione
- Qual è il processo di fusione nucleare che avviene nelle stelle simili al Sole?
- Come si differenziano le reazioni termonucleari nelle stelle con massa superiore a quella del Sole?
- Cosa accade nelle giganti rosse in termini di reazioni nucleari?
- Perché la fusione nucleare non può proseguire oltre il ferro nelle stelle?
Nelle stelle simili al Sole, avviene il ciclo "protone-protone", dove due protoni si trasformano in un nucleo di Deuterio, emettendo un positrone e un neutrino. Successivamente, il Deuterio si fonde con un altro protone per formare Elio-3 e raggi gamma.
Nelle stelle con massa superiore a quella del Sole, si verifica il ciclo "carbonio-azoto", dove un nucleo di carbonio-12, aggiungendo quattro protoni, produce un nucleo di Elio-4, positroni, neutrini e raggi gamma.
Nelle giganti rosse, l'idrogeno è stato completamente trasformato in elio. L'elio viene poi convertito in elementi più pesanti come carbonio, ossigeno e neon, fino a fermarsi con il ferro, poiché la produzione di ferro consuma più energia di quella prodotta.
La fusione nucleare non può proseguire oltre il ferro perché l'energia necessaria per produrre il ferro è superiore a quella generata dalle reazioni precedenti, rendendo il processo energeticamente sfavorevole.
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