La nascita delle stellee dei sistemi planetari
Francesco PallaOsserrvatorio di Arcetri
Padova, dicembre 2006
La Via Lattea
la nostra Galassia
Buchi nel cielo stellato?
stellegas
polvere
La Via Lattea
Le nubi scure di polvere e … di gas molecolare
La Grande Nube di Magellano:
la galassia satellite della Via Lattea
stellegas
polvere
Galassia di Andromeda
Le AntenneGalassie in collisione
Formazione stellare nell’universo primordiale:
le prime stelle…
• Lo spazio tra le stelle non è vuoto• La materia interstellare: “nubi” di gas e
polvere
• Gas: Idrogeno molecolare (H2), CO, H2O, NH3…
• Polvere: “sabbia” molto fine di silicati, grafite…• Le stelle nascono dalle nubi di gas e polvere
Formazione stellare: il fenomeno
più comune nell’universo
Nubi di gas…
e nubi di polvere
Buchi nel cielo stellato?
William Herschel ela scoperta della radiazione infrarossa
“...the full red falls still short of the maximum of heat; which perhaps lies even a little beyond visible refraction. In this case, radiant heat will at least partly, if not chiefly, consist, if I may be permitted the expression, of invisible light.”
Herschel scopre laradiazione Infrarossanel 1800.
Herschel scopre laRadiazione Infrarossanel 1800
Vedere la luce attraverso il buio
Emissione COOttico
Dove nascono le stelle(con il telescopio spaziale
Hubble)
Nebulosa Aquila
nube interstellare
ammasso stellare
contrazione gravitazionale(1-10 milioni di
anni)
La nascita delle stelle:l’irresistibile attrazione della
gravità
100 milioni di anni dopo… le Pleiadi
3 1 -3 -6 -12-91
5
10
15
20
25 Dal gas diffuso alle Stelle e Pianeti
Nube
Log D
ensi
tà (
cm )
-3
Log Raggio (pc)
Disco
Stella
Terra
Nucleo
Nube nterstellareNube nterstellare
1pc
1. La nube interstellare• Dimensioni: milioni di volte il sistema solare
• Massa: migliaia di volte la massa del Sole
• Temperatura: 10 – 100 K (263 – 253 sotto zero!)
• Nelle nubi esistono regioni più dense (“globuli”) - dimensioni: 10,000 volte il sistema solare - massa: alcune volte la massa del Sole
Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
2. Collasso gravitazionale
• Se la gravità di un “globulo” vince la pressione del gas, il globulo comincia a contrarsi.
• Quando le dimensioni si sono ridotte a circa 100 volte il sistema solare, la temperaura al centro comincia ad aumentare
• Durata: 0.1 – 1 milioni di anni
Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
protostellaprotostella
t =104-10
5 yr
3. Fase proto-stellare
• Il globulo è adesso una sfera gassosa calda (10,000 K) (protostella) circondata da un disco circumstellare
• La protostella riceve materia dal disco, e la sua massa aumenta (accrescimento)
• Il disco a sua volta riceve ancora materia dalla nube
• Durata: 0,1 milioni di anni
Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
protostellaprotostella
t =104-10
5 yr
Stella T TauriStella T Tauri
jet
Disco di accrescimento
100 AU
t =106-10
7 yr
Dischi protoplanetari: breve digressione
E. Kant 1724-1804 P.S. Laplace 1749-1827
Una nube in rotazione lenta, gradualmente attirata dallasua stessa forza graviazionale e appiattita in un discorotante, dette origine al Sole e ai pianeti.
Ipotesi nebulare di Kant-Laplace
Nube interstellareNube interstellare
1pc
collassocollassogravitazionalegravitazionale
10 000 AU
protostellaprotostella
t =104-10
5 yr
Stella T TauriStella T Tauri
jet
Disco di accrescimento
100 AU
t =106-10
7 yr
Stella diStella diSequenza PrincipaleSequenza Principale
sistemaplanetario
50 AU
t >107yr
4. Nasce la stella
• La protostella continua a contrarsi fino a raggiungere circa 3 volte le dimensioni del Sole
• Temperatura alla superficie: 4000 K (superficie del Sole: 5800 K)
• Temperatura al centro: 10 milioni K (centro del Sole: 15 milioni K) • Si “accendono” le reazioni di fusione nucleare
al centro della protostella: l’energia prodotta crea la pressione che bilancia la forza di gravità
Massa (masse solari) Durata (anni)
25 3 milioni
15 15 milioni
3 500 milioni
1.5 3 miliardi
1 (Sole) 10 miliardi
0.75 15 miliardi
0.5 200 miliardi
Una culla di stelle nel cielo: la Grande Nebulosa di Orione
La costellazione di Orione
Betelgeuse
Rigel
Spada di Orione
Cintura di Orione
Ottico…
Infrarosso!
Infrarosso … e
Viaggio nella Grande Nebulosa di Orione
1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0
Log Mass (solar masses)
100.0
101.0
102.0
2
3
4
56789
2
3
4
56789
Lo
g N
+ C
on
sta
nt
Trapezium Cluster Initial Mass Function
HBL
Sun
Brown Dwarfs
La Funzione Iniziale di Massa nell’ammasso di Orione
Massa stellare (masse solari)
Log
Nu
mero
(m
ass
a)
10 1 0.08
Le stelle si formano in gruppi/ammassi di1000-10000 stelle
La maggior parte delle nuove stelle sonosimili al Sole e anche più piccole: 0.2-0.5 M0
tempi di vita nucleare di 12-25 miliardi/anni
Stelle di grande massa (10-40 M0) sono moltopiù rare (1/1000-10000) tempi di vita nuclearedi 3-5 milioni di anni
La frequenza stellare ha una legge di potenzacome le formiche e gli elefanti sulla Terra…
La frequenza delle masse stellari
AU = unità astronomica, distanza Terra-Sole
4.5 Mld di anni dopo: la ricerca di altri sistemi planetari
Michel Mayor & Didier Queloz: 1995
Osservatorio dell’Alta Provenza (1.8m)
51 Peg: primo pianeta
pianeta invisibile
Variazione moto stellaIndotto dal pianeta
Transitidipianeti suldiscostellare:rari &difficili Variazione
dellaluminositàcoltempo
Tutti i 182pianetiscoperti sinoraattorno a stelledi tiposolare
(dic 2006)
http://exoplanets.org
Circa 180 sistemi planetari in orbita attorno a stelle di tipo
solarescoperti fino ad oggi:
nessuno di questi è simile al Sistema Solare…
Sistema Solare
Sistema Extrasolare
Il primo pianeta di massa simile alla Terra: μ Arae 14 MΘ
Luglio 2005
DARWIN SCFAB 21 November 2002 page: [email protected]
Alla ricerca dell’atmosfera vivente!
I segni della vita!
6 8 10 12 14 16 18
CO2
H2O
H2OO3
Wavelength (m)
Intensità
Sagan et al. 1993 Nature 365, 715
Venere, Terra, Marte
Allaricerca di E.T. Darwin &Kepler
Domande fondamentali:
Siamo figli delle stelle? Sì, chimicamente (produzione elementi chimici) geneticamente (dischi circumstellari)
Siamo figli di tutte le stelle?Mah, maggioranza di stelle non ha pianeti di tipo Giove entro 4 AU maggioranza di stelle in sistemi binari maggiornaza di stelle in ammassi di >100-1000-10000 stelle interazioni…
Fine
Dove trovaretutte lerisposte…
(Wiley-VCH 2004)
