1 Lorigine delle Stelle e dei Sistemi Planetari Silvano Massaglia – Torino 2013 – Seminario didattico

2 La formazione delle stelle La formazione delle stelle Lorigine dei Sistemi Planetari Lorigine dei Sistemi Planetari La formazione dei pianeti La formazione dei pianeti La Terra come pianeta molto particolare La Terra come pianeta molto particolare

3 Le galassie a spirale, come la Via Lattea, sono ricche di materia interstellare, in forma di gas e polveri. Dalle osservazioni da satellite nella banda dellinfrarosso si rilevano delle concentrazioni della materia in nubi.

4 Dove si formano le stelle? Dove si formano le stelle? Condizioni fisiche : 1.Temperatura T~10K 2.Densità ~1000 volte ISM. 3.Dimensioni L ~1-300 anni luce 4.Masse M ~10 5 – 10 7 masse solari 5.Vita media τ ~10 7 anni Nella Via Lattea sono presenti circa 1000 Nubi Molecolari. Nelle Nubi Molecolari Giganti

5 La costellazione di Orione La costellazione di Orione

6 La Nube Molecolare in Orione La Nube Molecolare in Orione

7 Proto-stelle in Orione Osservazioni da satellite nellinfrarosso Proto-stelle in Orione Osservazioni da satellite nellinfrarosso

8 La materia presente nelle nubi molecolari proviene da antichi eventi di Supernova che hanno arricchito il mezzo delle nubi di metalli. SN type IA :

9 Le condizioni fisiche allinterno delle nubi molecolari sono favorevoli alla formazione delle stelle. Il materiale è relativamente freddo, pochi gradi kelvin, e denso, 1000 particelle per cc. Se in una certa regione della nube la densità aumenta, questo aumento può crescere nel tempo dando luogo a dei nuclei densi di materia. Le condizioni però devono essere quelle giuste: Criterio di Jeans.

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11 Collasso di una nube in seguito a instabilità di Jeans, simulazione numerica:

12 La proto-stella che si forma allinterno di una nube irraggia energia, la sorgente della sua energia non è di tipo nucleare, come il Sole, ma rilascia in radiazione parte della sua energia gravitazionale, per milioni di anni. La proto-stella è immersa in un ambiente ricco di materia, che cade sulla stella. Si forma un disco di gas e polveri intorno alla Protostella.

13 La proto-stella è immersa in una nube ricca di gas e polveri che cade per effetto della attrazione gravitazionale. A causa della rotazione la materia in caduta si dispone su orbite Kepleriane: Formanti un disco di accrescimento piatto.

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15 Nella fase di formazione la stella attraversa la fase in cui materia accresce sulla stella formando un disco e viene espulsa in getti:

16 Simulazione numerica di un getto da stella in formazione:

17 Il gas e le polveri del disco di accrescimento non vengono più sostituite dal materiale esterno in caduta, che diventa nel tempo sempre più rarefatto. Termina laccrescimento sulla stella centrale. Formazione di strutture più dense: planetesimi. Aggregazione in strutture via via più grandi. Formazione di proto-pianeti.

18 Formazione di proto-pianeti per accrescimento collisionale:

19 Formazione della Terra:

20 Formazione degli oceani, il ruolo delle comete: circa la metà dellacqua presente sulla Terra proviene da impatti di comete

21 Condizioni per lorigine della vita La vita sulla Terra si sviluppò circa 4 miliardi di anni fa. La vita in forme semplici può essere comune nellUniverso. Ma le forme di vita complesse hanno bisogno di condizioni molto particolari per svilupparsi su un pianeta: 1.Orbitare entro la zona abitabile della stella per avere acqua allo stato liquido e temperatura < 50C avere acqua allo stato liquido e temperatura < 50C 2.La stella deve essere stabile per miliardi di anni 3.Bassa probabilità di impatto di asteroidi: avere un vicino come Giove vicino come Giove 4.Lontana da stelle che possono diventare Supernove 5.Posizionata in zone della galassia ricche di metalli

22 Condizioni per lorigine della vita 6. Nucleo metallico fuso per avere un campo magnetico a protezione del vento solare a protezione del vento solare 7. Grande satellite vicino per stabilizzare la rotazione 8. La giusta quantità di acqua negli oceani 9. La giusta quantità di carbonio favorire la vita, ma limitare leffetto serra limitare leffetto serra 10. Abbastanza ossigeno per la fotosintesi 11. Linclinazione dellasse terrestre limitato per variazioni stagionali non troppo estreme variazioni stagionali non troppo estreme Linsieme di queste condizioni rende molto bassa la probabilità dellesistenza di organismi viventi complessi nellUniverso. Daltra parte, esistono miliardi di galassie nellUniverso con ognuna centinaia di miliardi di stelle…

23 Condizioni per lorigine della vita

24 Condizioni per lorigine della vita di organismi superiori Giusta distanza dalla stella Habitat per vita complessa. Acqua liquida vicino alla superficie. Lontana da evitare tidal lock. Giusta massa stellare Lunga durata nella zona stabile. Non troppa radiazione UV. Orbite planetarie stabili I pianeti giganti non causano perturbazioni. Giusta massa planetaria Attrae atmosfera e oceani. Abbastanza calda da avere placche tettoniche. Presenza di nucleo fuso. Pianeta gioviano vicino Spazza comete e asteroidi. Non troppo vicino, not troppo lontano. Un pianeta come Marte Un piccolo vicino come possibile sorgente di organismi per eventualmente inseminare un pianeta di tipo Terra. Placche tettoniche Formazione delle masse continentali e delle catene montuose: biodiversità. Formazione del campo magnetico. Oceani Non troppi. Non troppo pochi. Una Luna grande Alla giusta distanza stabilizza lasse di rotazione.

25 Grazie per lattenzione