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Il mistero del flash dell'elio: perché genera un'energia così incredibile nel nucleo delle stelle?
Un lampo di elio è un evento sorprendente nella vita di una stella, in particolare durante la vigorosa fase di gigante rossa di una stella di piccola massa. Si ritiene che il flash dell'elio sia causato dalla rapida fusione nucleare di grandi quantità di elio nel nucleo, principalmente attraverso il processo triplo alfa.
Si prevede che tra circa un miliardo di anni il Sole subirà un lampo di elio, che sarà l'ultima cosa che accadrà sulla Terra dopo aver abbandonato la sequenza principale.
Questo processo avviene principalmente nelle stelle con masse comprese tra 0,8 masse solari (M☉) e 2,0 M☉. In queste stelle di piccola massa, poiché l'idrogeno presente nel nucleo viene rapidamente consumato, nonostante la fusione nucleare continui negli strati esterni di idrogeno, nel nucleo si forma una sostanza ricca di elio. Man mano che l'idrogeno si esaurisce, l'elio rimanente viene compresso in materia degenere, la cui resistenza al collasso gravitazionale deriva dai principi della meccanica quantistica piuttosto che dalla tradizionale pressione termica.
Quando la temperatura del nucleo sale a circa 100 milioni di gradi, inizia il processo di fusione nucleare dell'elio. Il motivo per cui questo processo è sorprendente è che il nucleo in questo momento è composto da materia degenerata. Pertanto, in un tale ambiente materiale, l'aumento della temperatura non porta a un aumento significativo della pressione. Questo fenomeno provoca una rapida reazione con un aumento della temperatura, cosa estremamente rara e distruttiva nell'evoluzione di una stella.
La velocità di fusione nucleare dell'elio aumenta drasticamente, raggiungendo rapidamente 10 miliardi di volte l'energia originariamente rilasciata, e questo dura solo pochi secondi.
Quando viene rilasciata l'energia derivante dalla fusione nucleare dell'elio, lo stato degenere del nucleo viene alterato, consentendogli di espandersi termicamente, mentre l'energia rimanente viene assorbita nella sovrastruttura della stella. Ciò significa che, nonostante il rilascio istantaneo di energia del lampo di elio sia sorprendente, la maggior parte di essa non può essere osservata. Per questo motivo, per comprendere questo fenomeno gli astronomi si affidano principalmente a modelli teorici.
Nel corso del tempo, la superficie della stella si raffredderà rapidamente e si restringerà a una velocità di circa 100.000 anni, riducendo infine il suo raggio e la sua luminosità a circa il 2% del loro valore originale. Vale la pena ricordare che in questo processo circa il 40% della massa della stella verrà convertita in carbonio, fattore cruciale per la futura evoluzione della stella.
Dopo il lampo dell'elio, l'instabilità della pulsazione del lampo secondario alimenterà la stella e questo processo dura spesso da ore ad anni.
Il lampo di elio è poi seguito da una serie di lampi secondari, che di solito sono instabilità di pulsazione relativamente deboli e non sono necessariamente distruttivi. Rispetto ai lampi di elio, sono intrinsecamente più pacifici, ma svolgono un ruolo importante nelle fasi finali dell'evoluzione stellare.
Inoltre, in alcune stelle di massa estremamente piccola, il nucleo degenere di elio potrebbe non raggiungere mai una temperatura sufficientemente elevata da innescare la fusione dell'elio e alla fine evolversi in una nana bianca di elio. Ciò dimostra l'esistenza di una forte correlazione tra la massa di una stella e le sue conseguenze evolutive.
Sebbene un processo simile venga seguito nelle nane bianche, quando l'idrogeno gassoso proveniente da un sistema stellare binario si accumula sulla superficie di una nana bianca, la fusione delle fonti di idrogeno può anche portare a un lampo di elio instabile. Tuttavia, il verificarsi di questi eventi viene raramente osservato direttamente, poiché la loro dinamica è solitamente nascosta nelle profondità del nucleo.
Il processo di fusione nucleare di una stella è un viaggio lungo e imprevedibile, in cui i cambiamenti che si verificano in ogni fase determinano un destino diverso della stella.
Vale la pena riflettere su come il lampo dell'elio inneschi un rilascio di energia così violento nella vita di una stella e quanti misteri cosmici inesplorati si nascondano dietro di esso.
