L’origine delle Stelle e dei Sistemi Planetari

1. L’origine delle Stelle e dei Sistemi Planetari Silvano Massaglia – Torino 2013 – Seminario didattico

2. La formazione delle stelle • L’origine dei Sistemi Planetari • La formazione dei pianeti • 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 dell’infrarosso si rilevano delle concentrazioni della materia in nubi.

4. Dove si formano le stelle? Nelle Nubi Molecolari Giganti • Condizioni fisiche: • Temperatura T~10K • Densità ~1000 volte ISM. • Dimensioni L ~1-300 anni luce • Masse M ~105 – 107 masse solari • Vita mediaτ~107 anni • Nella Via Lattea sono presenti • circa 1000 Nubi Molecolari.

5. La costellazione diOrione

6. La Nube Molecolare inOrione

7. Proto-stelle inOrioneOsservazioni da satellite nell’infrarosso

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 all’interno 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.

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

12. La proto-stella che si forma all’interno 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.

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 l’accrescimento 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 dell’acqua presente sulla Terra proviene da impatti di comete

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

22. Condizioni per l’origine della vita 6. Nucleo metallico fuso per avere un campo magnetico 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 l’effetto serra 10. Abbastanza ossigeno per la fotosintesi 11. L’inclinazione dell’asse terrestre limitato per variazioni stagionali non troppo estreme L’insieme di queste condizioni rende molto bassa la probabilità dell’esistenza di organismi viventi complessi nell’Universo. D’altra parte, esistono miliardi di galassie nell’Universo con ognuna centinaia di miliardi di stelle…

23. Condizioni per l’origine della vita

24. Condizioni per l’origine della vita di organismi superiori

25. Grazie per l’attenzione