Concetti Chiave
- L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo e si trasforma in elio attraverso reazioni termonucleari nelle stelle.
- Le reazioni termonucleari avvengono in condizioni di elevata temperatura e pressione, dove l'idrogeno si trova in stato di plasma.
- Il ciclo "protone-protone" avviene in stelle con massa simile a quella del Sole, coinvolgendo la fusione di protoni per formare deuterio ed elio.
- Stelle con massa superiore al Sole seguono il ciclo "carbonio-azoto", che coinvolge la fusione di carbonio e produzione di elio e altre particelle.
- Le giganti rosse trasformano l'elio in elementi più pesanti fino al ferro, poiché produrre ferro consuma più energia di quanta ne venga generata.
Indice
L'idrogeno e la fusione nucleare
L’idrogeno è l’atomo più piccolo e il più rintracciabile facilmente nell’universo proprio per la sua semplice composizione fatta da un elettrone un protone e un neutrone. 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 fa si che gli elettroni si dissociano dal nucleo 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.
Diagramma HR e sequenza principale
Col diagramma HR gli astrofisici distinguono 3 casi :
1) lungo la sequenza principale troviamo stelle con massa più o meno simile a quella del sole con una temperatura che fa dai 7mln di gradi Kelvin ai 10mln di gradi Kelvin. In qst 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 e neutrini. Il nucleo di deuterio poi si fonde con un altro protone per fare un nucleo di Elio-3 e raggi γ. Questi poi a loro volta se la temperatura è inferiore ai 3 mln 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.
Ciclo carbonio-azoto e giganti rosse
2) Le stelle della sequenza principale che hanno massa superiore a quella de sole e quindi una temperatura superiore ai 15mln 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 γ.
3) 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 + raggi γ, e via via gli altri elementi fino a fermarsi con il Ferro. Oltre al ferro non è possibile andare perché l’energia consumata per produrre il ferro è superiore a quella prodotta dalle precedenti reazioni.
Domande da interrogazione
- Qual è il processo di fusione nucleare che avviene nelle stelle simili al Sole?
- Come avviene la fusione nucleare nelle stelle con massa superiore a quella del Sole?
- Cosa succede nelle giganti rosse in termini di fusione nucleare?
- Perché la fusione nucleare si ferma al ferro nelle stelle?
Nelle stelle simili al Sole, con temperature tra 7 e 10 milioni di gradi Kelvin, avviene il ciclo "protone-protone", dove due protoni si trasformano in un nucleo di Deuterio, che poi si fonde con un altro protone per formare Elio-3 e raggi γ.
Nelle stelle con massa superiore a quella del Sole, con temperature superiori a 15 milioni di gradi Kelvin, avviene il ciclo "carbonio-azoto", che inizia con un nucleo di carbonio-12 e produce Elio-4, positroni, neutrini e raggi γ.
Nelle giganti rosse, l'idrogeno è stato completamente trasformato in elio, e la fusione nucleare continua a produrre elementi più pesanti come carbonio, ossigeno e neon, fino a fermarsi con il ferro, poiché oltre il ferro l'energia consumata supera quella prodotta.
La fusione nucleare si ferma al ferro perché l'energia necessaria per produrre il ferro è superiore a quella generata dalle reazioni precedenti, rendendo inefficiente la produzione di elementi più pesanti.
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