Tipi di stelle, buchi neri e galassie
Quasi tutto qui risponde a una sola domanda: quanta massa aveva la stella quando si è formata? La massa decide a che temperatura brucia, quanto vive e che cosa lascia dietro di sé — una brace che si raffredda, una palla di neutroni grande come una città o un buco nello spazio-tempo. Trentaquattro oggetti, dalla nube fredda da cui una stella si condensa fino alla struttura più grande dell'universo, tutti in vero 3D interattivo.
I buchi neri qui non sono illustrazioni. I percorsi della luce vengono integrati passo dopo passo nello spazio-tempo curvo, così l'ombra, l'anello di fotoni, il disco ripiegato al di sopra e gli anelli di Einstein sullo sfondo stellato emergono dalla fisica e non da una texture. Lo stesso integratore, cambiando la metrica o l'orizzonte, disegna il buco rotante, la coppia in fusione e il tunnel spazio-temporale.
Gas freddo, nubi oscure e i dischi che si formano attorno alle stelle giovani. Tutto ciò che segue in questa pagina comincia qui, compresi gli atomi di cui sei fatto.
Nube molecolare
La cosa più fredda e più buia della galassia — e l'origine di ogni stella.
Nebulosa a emissione
Una nube molecolare con le luci accese, distrutta dai propri figli.
Disco protoplanetario
Un sistema solare colto sul fatto mentre si assembla.
Sfere di plasma tenute insieme dalla gravità e sostenute dalla fusione. Tutta la loro storia è fissata da un numero alla nascita: la massa.
Stella di sequenza principale
Una stella nella lunga e stabile metà della sua vita. Il Sole è una di queste.
Nana rossa
La stella più comune della galassia, e l'ultima che resterà accesa.
Gigante rossa
Una stella morente, gonfiata a centinaia di volte la sua taglia precedente.
Supergigante blu
Brilla un milione di volte più del Sole e muore in pochi milioni di anni.
Stella Wolf-Rayet
Una stella così calda da soffiare nello spazio la propria atmosfera.
Nana bruna
Troppo pesante per essere un pianeta, troppo leggera per diventare mai una stella.
Ciò che resta quando il combustibile finisce: materia schiacciata finché la meccanica quantistica è l'unica cosa che la sostiene.
Nebulosa planetaria
Gli strati esterni di una stella morente, illuminati da dentro dal nucleo che ha lasciato.
Nana bianca
Il Sole compresso alle dimensioni della Terra, che si raffredda per l'eternità.
Nana nera
La fine di una nana bianca. L'universo è troppo giovane perché ne esista una.
Stella di neutroni
Un oggetto grande come una città con più massa del Sole.
Pulsar
Un faro che ruota fino a 700 volte al secondo.
Magnetar
I magneti più potenti dell'universo, di un fattore mille miliardi.
Stella di quark
Una stella in cui perfino i neutroni sono stati frantumati nelle loro parti.
Resto di supernova
Il relitto di una stella morta, ancora in espansione a migliaia di km/s.
Oltre una certa massa nessuna forza nota ferma il collasso. Ciò che resta è pura geometria: una superficie a senso unico nello spazio-tempo.
Buco nero stellare
Una stella abbastanza pesante perché nulla potesse fermare la caduta.
Buco nero di massa intermedia
La classe che è mancata al censimento per cinquant'anni.
Buco nero supermassiccio
Ce n'è uno nel cuore di quasi ogni galassia, compresa la nostra.
Buco nero rotante
Ogni buco nero reale è questo. La rotazione trascina con sé lo spazio-tempo.
Buco nero binario
Due ombre, ciascuna che fa da lente all'altra, in spirale verso la fusione.
Quasar
Un buco nero che si nutre e offusca tutte le stelle della sua galassia messe insieme.
Blazar
Un quasar che per caso punta il suo getto dritto verso di noi.
Buco nero primordiale
Nato nel primo secondo dell'universo, e forse ancora qui.
Soluzioni della relatività generale che non richiedono la morte di alcuna stella. Due di esse non sono mai state osservate e una probabilmente non può esistere — ed è esattamente per questo che vale la pena poterle guardare.
Tunnel spazio-temporale
Non è un buco. È una finestra — con un altro universo dall'altra parte.
Buco bianco
Le stesse equazioni al contrario: nulla può entrare, e non smette mai di riversare.
Stella di bosoni
Massa senza materia, gravità senza superficie e nessuna ombra.
Allontanati abbastanza e le singole stelle smettono di contare. Ciò che resta è come sono disposte: in dischi, in sfere, in ammassi e infine nel disegno più grande che esista.
Galassia a spirale
Bracci che sopravvivono perché sono un ingorgo, non una struttura.
Galassia a spirale barrata
La Via Lattea. Una barra dritta di stelle che alimenta il centro.
Galassia ellittica
Le galassie più grandi che esistano, e in esse non nasce nulla da miliardi di anni.
Galassia irregolare
Niente disco, niente rigonfiamento, nessun piano — e forma stelle più in fretta di qualsiasi cosa della sua taglia.
Ammasso globulare
Un milione di stelle in una sfera, più vecchie della galassia che orbitano.
Ragnatela cosmica
Tutte le galassie dell'universo infilate lungo filamenti attorno a vuoti enormi.
Un solo numero decide tutto
Ciclo di vita di una stellaUna stella non sceglie la propria fine. La massa che ha quando finisce di collassare da una nube di gas fissa a che temperatura brucia, quanto dura e quale di questi cinque percorsi seguirà fino in fondo. Tutto il resto — colore, dimensione, luminosità, ciò che lascia dietro di sé — discende da quell'unico numero.
| Oggetto | Massa | Raggio | Temperatura | Durata di vita |
|---|---|---|---|---|
| Nube molecolare | 10^3 - 10^7 M(sole) | 15 - 600 anni luce | 10 - 20 K | ~10 - 30 Ma |
| Nebulosa a emissione | 10^2 - 10^5 M(sole) | 1 - 100 anni luce | ~10 000 K | ~1 - 5 Ma |
| Disco protoplanetario | 0,001 - 0,1 M(sole) | 10 - 1 000 UA | 20 - 1 500 K | ~1 - 10 Ma |
| Stella di sequenza principale | 0,08 - 150 M(sole) | 0,1 - 15 R(sole) | 2 400 - 50 000 K | 10 Ma - 10 Ta |
| Nana rossa | 0,08 - 0,45 M(sole) | 0,1 - 0,6 R(sole) | 2 300 - 3 900 K | fino a 10 000 miliardi di a |
| Gigante rossa | 0,3 - 8 M(sole) | 10 - 1 000 R(sole) | 3 000 - 5 000 K | ~1 miliardo di a in questa fase |
| Supergigante blu | 10 - 100 M(sole) | 20 - 200 R(sole) | 10 000 - 50 000 K | 3 - 30 milioni di a |
| Stella Wolf-Rayet | 10 - 25 M(sole) oggi | 1 - 25 R(sole) | 30 000 - 210 000 K | qualche centinaio di migliaia di a |
| Nana bruna | 13 - 80 M(Giove) | ~1 R(Giove) | 250 - 2 500 K | si raffredda senza fine |
| Nebulosa planetaria | guscio di 0,1 - 1 M(sole) | 0,1 - 3 anni luce | Nucleo 30 000 - 200 000 K | ~20 000 a |
| Nana bianca | 0,17 - 1,4 M(sole) | ~1 R(Terra) | 4 000 - 150 000 K | si raffredda per 10^15 a |
| Nana nera | 0,17 - 1,4 M(sole) | ~1 R(Terra) | Freddo del fondo cosmico | Praticamente eterna |
| Stella di neutroni | 1,1 - 2,3 M(sole) | ~11 km | ~600 000 K in superficie | si raffredda per miliardi di a |
| Pulsar | ~1,4 M(sole) | ~11 km | Fasci dal radio al gamma | rallenta nell'arco di Ma |
| Magnetar | ~1,4 M(sole) | ~11 km | Campo 10^14 - 10^15 gauss | attiva ~10 000 a |
| Stella di quark | 1,5 - 2,5 M(sole) | ~8 - 11 km | 10^6 - 10^11 K | Indefinita |
| Resto di supernova | 1 - 20 M(sole) espulse | cresce fino a 100+ al | Urto 10^6 - 10^7 K | ~100 000 a |
| Buco nero stellare | 3 - 150 M(sole) | orizzonte di 9 - 450 km | Disco 10^7 K | 10^67 a per evaporare |
| Buco nero rotante | Qualsiasi | L'orizzonte si riduce con lo spin | Disco fino a 10^7 K | Lo spin decade in Ga |
| Buco nero binario | 2 x (5 - 100) M(sole) | La separazione tende a zero | Disco fino a 10^6 K | Ma - Ga, poi secondi |
| Buco nero di massa intermedia | 100 - 100 000 M(sole) | 300 km - 300 000 km | Disco 10^6 K | miliardi di a |
| Buco nero supermassiccio | 10^5 - 10^10 M(sole) | orizzonte fino a 1 300 UA | Disco 10^5 - 10^6 K | 10^100 a per evaporare |
| Quasar | 10^8 - 10^10 M(sole) | disco ~ giorni luce | Disco fino a 10^5 K | ~10 - 100 Ma attivo |
| Blazar | 10^8 - 10^10 M(sole) | Getto fino al Mpc | Dominato dai raggi gamma | Brillamenti in ore |
| Buco nero primordiale | 10^-8 - 10^5 M(sole) | dall'atomo al chilometro | Bagliore di Hawking | fissata dalla massa |
| Tunnel spazio-temporale | Negativa (esotica) | Raggio della gola, parametro libero | Nessuna | Instabile senza materia esotica |
| Buco bianco | Qualsiasi | Uguale a un buco nero | Emissione superficiale, illimitata | Violentemente instabile |
| Stella di bosoni | Fissata dalla massa della particella | Compatta, senza superficie | Nessuna | Stabile sotto la massa critica |
| Ammasso globulare | 10^4 - 10^6 M(sole) | 30 - 300 anni luce | Stelle 3 000 - 8 000 K | > 12 Ga |
| Galassia irregolare | 10^8 - 10^10 M(sole) | 3 000 - 30 000 al | Stelle 3 000 - 40 000 K | > 10 Ga |
| Galassia a spirale | 10^10 - 10^12 M(sole) | 15 000 - 150 000 al | Stelle 3 000 - 40 000 K | > 10 Ga |
| Galassia a spirale barrata | 10^10 - 10^12 M(sole) | 15 000 - 150 000 al | Stelle 3 000 - 40 000 K | > 10 Ga |
| Galassia ellittica | 10^8 - 10^13 M(sole) | 3 000 - 700 000 al | Stelle 3 000 - 6 000 K | > 10 Ga |
| Ragnatela cosmica | ~10^53 kg osservabile | Filamenti 10^8 al | Vuoti vicini a 0 K | L'età dell'universo |
Quali sono i diversi tipi di stelle?
Le stelle si classificano per temperatura nella sequenza spettrale O, B, A, F, G, K e M, e per dimensione in nane, giganti e supergiganti. In pratica le famiglie utili sono le nane rosse, le stelle di sequenza principale simili al Sole, le giganti rosse, le supergiganti blu e le nane brune sottostellari, che non si accendono mai davvero.
Quali sono i diversi tipi di buchi neri?
Si riconoscono quattro classi in base alla massa: buchi neri di massa stellare, da 3 a 150 masse solari, nati dal collasso di una stella; di massa intermedia, da 100 a 100.000 masse solari; supermassicci, da 100.000 a decine di miliardi, al centro delle galassie; e gli ipotetici primordiali, formatisi nel primo secondo dopo il Big Bang.
Qual è la differenza tra una stella di neutroni e un buco nero?
Entrambi sono nuclei stellari collassati, ma una stella di neutroni ha ancora una superficie: la pressione di degenerazione dei neutroni e l'interazione forte la sostengono a circa 22 km di diametro. Oltre circa 2,3 masse solari nulla resiste alla gravità, il collasso prosegue oltre l'orizzonte degli eventi e si forma invece un buco nero.
Che cosa succede a una stella quando muore?
Dipende dalla massa. Le stelle fino a circa 8 masse solari si gonfiano in giganti rosse, espellono gli strati esterni e lasciano una nana bianca. Quelle più pesanti esplodono come supernovae e lasciano una stella di neutroni, oppure un buco nero se il nucleo che collassa supera circa 2,3 masse solari.
Questi modelli 3D sono fisicamente accurati?
Sono costruiti a partire dalla fisica, non da un disegno. Le scene dei buchi neri integrano i percorsi della luce nello spazio-tempo di Schwarzschild, quindi ombra, anello di fotoni, disco di accrescimento deformato dalla lente, beaming Doppler e anelli di Einstein sono calcolati, non disegnati. Le stelle usano colore guidato dalla temperatura, oscuramento al bordo e granulazione convettiva. Le dimensioni sono inquadrate per leggibilità, non in scala.