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Collasso Gravitazionale A cura Dr. Fernando Marziali novembre 2009.

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Presentazione sul tema: "Collasso Gravitazionale A cura Dr. Fernando Marziali novembre 2009."— Transcript della presentazione:

1 Collasso Gravitazionale A cura Dr. Fernando Marziali novembre 2009

2 Collasso Gravitazionale Lattrazione fatale della gravità

3 Qualche volta, guardando le stelle, ci possiamo chiedere: Qualche volta, guardando le stelle, ci possiamo chiedere: come finiscono le stelle? come finiscono le stelle? Oppure, come è nata una stella? Oppure, come è nata una stella? Per due quesiti così diversi, la risposta è unica: Per due quesiti così diversi, la risposta è unica: guardando le stelle….

4 Le stelle sono nate da un collasso gravitazionale Le stelle finiscono in un collasso gravitazionale

5 PRIMO CAPITOLO Le stelle sono nate da un collasso gravitazionale

6 Caduta libera 1

7 Caduta libera 1 commento Il primo passo per capire il COLLASSO GRAVITAZIONALE è ampliare un concetto che ci è già familiare: LA CADUTA LIBERA. La CADUTA LIBERA ha luogo tutte le volte che una massa si trova nello spazio libero, soggetta a gravità

8 Caduta libera 1

9 Caduta libera 1 commento La CADUTA LIBERA prosegue finchè la gravità non ha forze antagoniste capaci di contrastarla TOTALMENTE Quando un grave arriva a quota zero, trova una struttura di campi elettromagnetici che nella macrofisica si manifestano come materia solida, che contrasta e fa cessare la caduta libera

10 Caduta libera 2

11 Caduta libera 1 commento Un satellite in orbita è una situazione DI CADUTA LIBERA in cui la gravità - diretta verso il basso - è equilibrata dallimpulso* *massa del satellite X velocità del satellite

12 Caduta libera 2 Lo stesso vale per la luna e per lintero sistema solare

13 Caduta libera 2 …nelle galassie…...ogni stella, ogni nebulosa, ogni ammasso, è in caduta libera verso il nucleo, mantenuto nella sua orbita dal suo impulso

14 Nube

15 Nube

16 Nube Visto che ha un centro di gravità, si contrae perché tutte le sue parti cadono verso il centro? La domanda è logica, ma la caduta non può avere inizio se non sono realizzate precise condizioni tra massa, pressione e temperatura

17 Nube in parole semplici, una nube piccola è stabile, una nube immensa può essere instabile e collassare

18

19 Nube cosmica

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22 ..ora che abbiamo capito che la materia cosmica tende a collassare* e che il collasso continua sino a che non insorgano forze contrastanti la gravità, dobbiamo conoscere le altre forze delluniverso fisico..ora che abbiamo capito che la materia cosmica tende a collassare* e che il collasso continua sino a che non insorgano forze contrastanti la gravità, dobbiamo conoscere le altre forze delluniverso fisico *collassare significa cadere verso il baricentro

23 La sorpresa sconcertante è che tra le quattro interazioni la Gravità è di gran lunga la più debole. Sembra dunque strano che non venga immediatamente contrastata e vinta da qualche altra interazione. Una prima risposta è immediata: basta vedere il raggio dazione delle varie forze. Le interazioni nucleari (forte e debole) hanno un raggio estremamente breve

24 Le Interazioni Raggio d'azione metri (10 alla..) Gravitazionale Elettromagnetica Debole-18 Nucleare-15 La sola interazione contro cui la gravità può trovarsi a competere è linterazione elettromagnetica

25 Le Interazioni Intensità (10 alla..) Raggio d'azione metri (10 alla..) Gravitazionale1 Elettromagnetica36 Debole-18 Nucleare38-15

26 TUTTAVIA… I grandi aggregati cosmici sono elettrostaticamente neutri I grandi aggregati cosmici sono elettrostaticamente neutri

27 …QUINDI… La sola interazione rilevante su larga scala è la gravitazione La sola interazione rilevante su larga scala è la gravitazione una nube ricca di materia va naturalmente incontro al collasso gravitazionale una nube ricca di materia va naturalmente incontro al collasso gravitazionale

28 …CIOE… Qualunque aggregato di gas e polveri ha un centro di massa e non può fare altro che cadere verso di esso quando la pressione interstellare non è sufficiente a contrastare il collasso.

29 Instabilità di Jeans L' instabilità di Jeans è un tipo di instabilità che è all'origine del collasso gravitazionale delle nubi interstellari di gas e della conseguente formazione stellare. Tale instabilità si instaura quando la pressione interna del gas non è in grado di contrastare il collasso gravitazionale

30 IN UNA NUBE OMOGENEA DI GRANDI DIMENSIONI LE FORZE GRAVITAZIONALI SI COMPENSANO LE NUBI DI IDROGENO ATOMICO E LE GMC SONO MOLTO ESTESE E DI BASSA DENSITA. SONO STABILI LE STELLE NASCONO PER UNA INSTABILITA GRAVITAZIONALE DELLE NUBI DI IDROGENO TIPO H II Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

31 ….ALLINTERNO DI REGIONI ESTESE DEL TIPO GMC NASCONO LE REGIONI H II PER EFFETTO DI ONDA DURTO O PRESENZA DI CENTRI DI GRAVITA SOLO NELLE GALASSIE A SPIRALE…

32 DIMENSIONI DELLE REGIONI H II: DIMENSIONI DELLE REGIONI H II: DA UN ANNO LUCE A CENTO ANNI LUCE DENSITA: DENSITA: DA POCHI ATOMI PER cm 3 A 1 MILIONE DI ATOMI PER cm 3 MASSA TOTALE: DA 100 MS A MS MASSA TOTALE: DA 100 MS A MS TEMPERATURA: GRADI K TEMPERATURA: GRADI K MS Massa del Sole Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

33 DA UNA GMC (Giant Molecolar Cloud) NASCE UNA DA UNA GMC (Giant Molecolar Cloud) NASCE UNA REGIONE H II REGIONE H II CIRCA IL 10% DELLA MASSA DELLA REGIONE H II CIRCA IL 10% DELLA MASSA DELLA REGIONE H II SI TRAFORMA IN STELLE, IL RESTO VIENE SOFFIATO VIA Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

34 Fase protostellare (MOLTO semplificata..) Laumento di pressione scalda il gas, e riesce a sostenere il peso degli strati esterni Laumento di pressione scalda il gas, e riesce a sostenere il peso degli strati esterni..ma il gas caldo irradia verso lesterno, riducendo la pressione..ma il gas caldo irradia verso lesterno, riducendo la pressione..e la nube può ulteriormente contrarsi..e la nube può ulteriormente contrarsi Lenergia persa per radiazione viene ricavata a spese dellenergia gravitazionale

35 Accretion

36 E finalmente, la stella La temperatura del nucleo cresce, quando raggiunge 10 milioni di gradi è sufficiente per accendere la fusione dellIdrogeno in Elio La temperatura del nucleo cresce, quando raggiunge 10 milioni di gradi è sufficiente per accendere la fusione dellIdrogeno in Elio 4 nuclei di Idrogeno fondono in un nucleo di Elio, rilasciando in energia 0,7 percento della massa iniziale 4 nuclei di Idrogeno fondono in un nucleo di Elio, rilasciando in energia 0,7 percento della massa iniziale

37 E finalmente, la stella

38 NGC 604 REGIONE DI FORMAZIONE STELLARE MOLTO GRANDE 1500 ANNI LUCE DI DIAMETRO IN M 33 TRIANGULUM GALAXY STELLE FINO A 60 Masse Solari Diapositiva tratta da da Dr. Elmar Pletschinger, La vita delle stelle

39 Video GMC

40 DA ASTRONOMY AGOSTO 2007

41 FINE DEL PRIMO CAPITOLO

42 SECONDO CAPITOLO Le stelle finiscono in un collasso gravitazionale

43 Quando la gravità non è più contrastata dalla pressione delle reazioni di fusione nucleare il collasso riprende il sopravvento Quando la gravità non è più contrastata dalla pressione delle reazioni di fusione nucleare il collasso riprende il sopravvento Ha luogo un processo di contrazioni e arresti successivi, Ha luogo un processo di contrazioni e arresti successivi, che viene percorso per intero solo dalle stelle con massa superiore a masse solari che viene percorso per intero solo dalle stelle con massa superiore a masse solari

44 Le tappe del collasso gravitazionale Stelle molto piccole Stelle molto piccole Stelle di taglia solare Stelle di taglia solare Stelle massicce Stelle massicce Stelle molto massicce Stelle molto massicce

45 Le tappe del collasso gravitazionale Prima tappa: la Nana Bianca Prima tappa: la Nana Bianca –Gli strati esterni della stella precipitano sui sottostanti fino a quando lo stato del nucleo diventa degenerato –E intervenuto un processo di arresto che prevale sulla gravità (degenerazione del gas di elettroni) Stelle candidate: tutte eccetto le molto piccole Stelle candidate: tutte eccetto le molto piccole

46 Prima tappa: la Nana Bianca degenerazione del gas di elettroni degenerazione del gas di elettroni Responsabile: il Principio di Esclusione Responsabile: il Principio di Esclusione Risultato: un corpo cosmico con raggio di ~1000 km e massa fino a 1,4 volte la massa solare Risultato: un corpo cosmico con raggio di ~1000 km e massa fino a 1,4 volte la massa solare

47 Seconda tappa: la stelle di neutroni Il limite di Chandrasekar: 1,4 masse solari Il limite di Chandrasekar: 1,4 masse solari –Quando una Nana bianca supera questo limite, la gravità torna a prevalere! –Tutti gli elettroni vengono catturati nei protoni, la pressione di degenerazione non è più in grado di controbilanciare la gravità, la nana bianca crolla su se stessa…. –…ma anche i neutroni sono sottoposti al principio di esclusione

48 Seconda tappa: la stella di neutroni

49 degenerazione del gas di neutroni degenerazione del gas di neutroni Responsabile: il Principio di Esclusione Responsabile: il Principio di Esclusione Risultato: un corpo cosmico con raggio di 10 km e massa da 1,4 a 20 volte la massa solare Risultato: un corpo cosmico con raggio di 10 km e massa da 1,4 a 20 volte la massa solare

50 Tra la prima e la seconda tappa: la Supernova

51 Terza tappa: non cè mai fine? Se la massa è maggiore di 3 masse solari lastro riprende a collassare Se la massa è maggiore di 3 masse solari lastro riprende a collassare anche la pressione del gas degenere di neutroni è insufficiente a contrastare il collasso anche la pressione del gas degenere di neutroni è insufficiente a contrastare il collasso La stessa MASSA occupa un VOLUME sempre minore La stessa MASSA occupa un VOLUME sempre minore

52 Terza tappa: non cè mai fine?

53 La velocità di fuga* Dalla terra0,001 c Dal sole0,0576 c Da una stella di neutroni0,65 c Dalla terra0,001 c Dal sole0,0576 c Da una stella di neutroni0,65 c Il proseguimento del collasso tende ad una situazione in cui la velocità di fuga si avvicina alla velocità c Il proseguimento del collasso tende ad una situazione in cui la velocità di fuga si avvicina alla velocità c *aumenta con M/R

54 Terza e ultima tappa Un astro con velocità di fuga tendente alla velocità c si chiama Un astro con velocità di fuga tendente alla velocità c si chiama

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56 Epilogo stelle

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60 v=v 1 +at x=1/2at 2 V 2 =v ax


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