Il Sole è sempre stato il centro dei nostri sistemi cosmologici. Ma con l’avvento dell’astronomia moderna, l’uomo ha preso coscienza del fatto che il Sole è solo una delle innumerevoli stelle del nostro Universo. In sostanza, è un esempio perfettamente normale di una stella di sequenza principale di tipo G (G2V, alias “nana gialla”). E come tutte le stelle, ha una durata di vita, caratterizzata da una formazione, una sequenza principale e una morte finale.
Questa durata di vita è iniziata circa 4,6 miliardi di anni fa, e continuerà per altri 4,5 – 5,5 miliardi di anni, quando esaurirà le sue scorte di idrogeno ed elio e collasserà in una nana bianca. Ma questa è solo la versione abbreviata della durata della vita del Sole. Come sempre, Dio (o il Diavolo, a seconda di chi lo chiede) è nei dettagli!
Per farla breve, il Sole è circa a metà della parte più stabile della sua vita. Nel corso degli ultimi quattro miliardi di anni, durante i quali è nato il pianeta Terra e l’intero sistema solare, è rimasto relativamente immutato. Sarà così per altri quattro miliardi di anni, quando avrà esaurito la sua riserva di idrogeno combustibile. Quando ciò accadrà, accadranno cose piuttosto drastiche!
La nascita del Sole:
Secondo la teoria nebulare, il Sole e tutti i pianeti del nostro sistema solare sono nati come una gigantesca nube di gas molecolare e polvere. Poi, circa 4,57 miliardi di anni fa, accadde qualcosa che fece collassare la nube. Questo potrebbe essere stato il risultato di una stella di passaggio o delle onde d’urto di una supernova, ma il risultato finale è stato un collasso gravitazionale al centro della nube.
Da questo collasso, sacche di polvere e gas hanno cominciato a raccogliersi in regioni più dense. Man mano che le regioni più dense attiravano sempre più materia, la conservazione della quantità di moto la faceva iniziare a ruotare, mentre l’aumento della pressione la faceva riscaldare. La maggior parte del materiale finì in una palla al centro, mentre il resto della materia si appiattì in un disco che gli girava intorno.
La palla al centro avrebbe poi formato il Sole, mentre il disco di materiale avrebbe formato i pianeti. Il Sole ha trascorso circa 100.000 anni come protostella in collasso prima che la temperatura e la pressione all’interno accendessero la fusione nel suo nucleo. Il Sole iniziò come una stella T Tauri – una stella selvaggiamente attiva che sprigionava un intenso vento solare. E solo pochi milioni di anni dopo, si stabilizzò nella sua forma attuale. Il ciclo di vita del Sole era iniziato.
La Sequenza Principale:
Il Sole, come la maggior parte delle stelle dell’Universo, è nella fase della sequenza principale della sua vita, durante la quale le reazioni di fusione nucleare nel suo nucleo fondono l’idrogeno in elio. Ogni secondo, 600 milioni di tonnellate di materia vengono convertite in neutrini, radiazione solare e circa 4 x 1027 Watt di energia. Per il Sole, questo processo è iniziato 4,57 miliardi di anni fa, e da allora continua a generare energia in questo modo.
Tuttavia, questo processo non può durare per sempre, poiché c’è una quantità finita di idrogeno nel nucleo del Sole. Finora il Sole ha convertito in elio ed energia solare una massa stimata in 100 volte quella della Terra. Man mano che più idrogeno viene convertito in elio, il nucleo continua a ridursi, permettendo agli strati esterni del Sole di avvicinarsi al centro e sperimentare una forza gravitazionale più forte.
Questo pone una maggiore pressione sul nucleo, che viene contrastata da un conseguente aumento della velocità di fusione. Fondamentalmente, questo significa che mentre il Sole continua a consumare idrogeno nel suo nucleo, il processo di fusione accelera e la produzione del Sole aumenta. Attualmente, questo porta ad un aumento dell’1% della luminosità ogni 100 milioni di anni, e un aumento del 30% nel corso degli ultimi 4,5 miliardi di anni.
Tra 1,1 miliardi di anni, il Sole sarà il 10% più luminoso di oggi, e questo aumento di luminosità significherà anche un aumento di energia termica, che l’atmosfera terrestre assorbirà. Questo innescherà un effetto serra umido qui sulla Terra che è simile al riscaldamento incontrollato che ha trasformato Venere nell’ambiente infernale che vediamo oggi.
Tra 3,5 miliardi di anni, il Sole sarà il 40% più luminoso di adesso. Questo aumento causerà l’ebollizione degli oceani, lo scioglimento permanente delle calotte di ghiaccio e la perdita nello spazio di tutto il vapore acqueo dell’atmosfera. In queste condizioni, la vita come la conosciamo non sarà in grado di sopravvivere in nessuna parte della superficie. In breve, il pianeta Terra diventerà un’altra Venere calda e secca.
Esaurimento del nucleo di idrogeno:
Tutte le cose devono finire. Questo è vero per noi, questo è vero per la Terra e questo è vero per il Sole. Non succederà presto, ma un giorno, in un futuro lontano, il Sole esaurirà l’idrogeno combustibile e lentamente scivolerà verso la morte. Questo inizierà tra circa 5,4 miliardi di anni, a quel punto il Sole uscirà dalla sequenza principale della sua durata di vita.
Con l’idrogeno esaurito nel nucleo, la cenere inerte di elio che vi si è accumulata diventerà instabile e collasserà sotto il suo stesso peso. Questo farà sì che il nucleo si riscaldi e diventi più denso, facendo crescere le dimensioni del Sole ed entrando nella fase di gigante rossa della sua evoluzione. Si calcola che il Sole in espansione diventerà abbastanza grande da inglobare le orbite di Mercurio, Venere e forse anche la Terra. Anche se la Terra dovesse sopravvivere, l’intenso calore del sole rosso brucerà il nostro pianeta e renderà completamente impossibile la sopravvivenza della vita.
Fase finale e morte:
Una volta raggiunta la fase di Gigante Rossa (RGB), il Sole avrà circa 120 milioni di anni di vita attiva. Ma molto accadrà in questo lasso di tempo. Per prima cosa, il nucleo (pieno di elio degenerato), si infiammerà violentemente in un flash di elio – dove circa il 6% del nucleo e il 40% della massa del Sole saranno convertiti in carbonio nel giro di pochi minuti.
Il Sole si ridurrà poi a circa 10 volte la sua dimensione attuale e 50 volte la sua luminosità, con una temperatura un po’ più bassa di oggi. Per i prossimi 100 milioni di anni, continuerà a bruciare elio nel suo nucleo fino ad esaurirsi. A questo punto, sarà nella sua fase Asymptotic-Giant-Branch (AGB), dove si espanderà di nuovo (molto più velocemente questa volta) e diventerà più luminoso.
Nel corso dei prossimi 20 milioni di anni, il Sole diventerà instabile e inizierà a perdere massa attraverso una serie di impulsi termici. Questi si verificheranno ogni 100.000 anni circa, diventando ogni volta più grandi e aumentando la luminosità del Sole fino a 5.000 volte la sua luminosità attuale e il suo raggio a oltre 1 AU.
A questo punto, l’espansione del Sole o ingloberà la Terra, o la lascerà completamente inospitale per la vita. I pianeti del sistema solare esterno probabilmente cambieranno drasticamente, poiché più energia viene assorbita dal Sole, facendo sublimare i loro ghiacci d’acqua – forse formando un’atmosfera densa e oceani in superficie. Dopo circa 500.000 anni, rimarrà solo la metà della massa attuale del Sole e il suo involucro esterno comincerà a formare una nebulosa planetaria.
L’evoluzione post-AGB sarà ancora più veloce, quando la massa espulsa si ionizzerà per formare una nebulosa planetaria e il nucleo esposto raggiungerà i 30.000 K. La temperatura finale del nucleo nudo sarà di oltre 100.000 K, dopo di che il resto si raffredderà verso una nana bianca. La nebulosa planetaria si disperderà in circa 10.000 anni, ma la nana bianca sopravviverà per trilioni di anni prima di diventare nera.
Il destino finale del nostro Sole:
Quando si pensa alla morte delle stelle, ciò che viene in mente sono le supernove massicce e la creazione di buchi neri. Tuttavia, questo non sarà il caso del nostro Sole, per il semplice fatto che non è abbastanza massiccio. Anche se a noi può sembrare enorme, il Sole è una stella di massa relativamente bassa rispetto ad alcune delle enormi stelle di massa elevata che ci sono nell’Universo.
Come tale, quando il nostro Sole esaurirà l’idrogeno combustibile, si espanderà fino a diventare una gigante rossa, sbufferà i suoi strati esterni e poi si stabilizzerà come una compatta stella nana bianca, raffreddandosi poi lentamente per trilioni di anni. Se, tuttavia, il Sole avesse circa 10 volte la sua massa attuale, la fase finale della sua vita sarebbe significativamente più (ahem) esplosiva.
Quando questo Sole super-massiccio finisse l’idrogeno nel suo nucleo, passerebbe a convertire atomi di elio, e poi atomi di carbonio (proprio come il nostro). Questo processo continuerebbe, con il Sole che consuma carburante sempre più pesante in strati concentrici. Ogni strato richiederebbe meno tempo del precedente, fino ad arrivare al nichel – che potrebbe richiedere solo un giorno per essere bruciato.
Allora, il ferro inizierebbe ad accumularsi nel nucleo della stella. Poiché il ferro non emette energia quando subisce la fusione nucleare, la stella non avrebbe più pressione verso l’esterno nel suo nucleo per evitare che collassi verso l’interno. Quando circa 1,38 volte la massa del Sole è ferro raccolto nel nucleo, imploderebbe catastroficamente, rilasciando un’enorme quantità di energia.
In otto minuti, il tempo che impiega la luce a viaggiare dal Sole alla Terra, una quantità incomprensibile di energia passerebbe davanti alla Terra e distruggerebbe tutto nel sistema solare. L’energia liberata da questo potrebbe essere sufficiente a far brillare brevemente la galassia, e una nuova nebulosa (come la Nebulosa del Granchio) sarebbe visibile dai sistemi stellari vicini, espandendosi verso l’esterno per migliaia di anni.
Tutto ciò che rimarrebbe del Sole sarebbe una stella di neutroni in rapida rotazione, o forse anche un buco nero stellare. Ma naturalmente, questo non sarà il destino del nostro Sole. Data la sua massa, alla fine collasserà in una stella bianca, finché non si spegnerà. E naturalmente questo non accadrà per altri 6 miliardi di anni circa. A quel punto, l’umanità sarà morta da tempo o sarà andata avanti. Nel frattempo, abbiamo un sacco di giorni di sole da aspettare!
Abbiamo scritto molti articoli interessanti sul Sole qui a Universe Today. Ecco Che colore ha il Sole, Che tipo di stella è il Sole, Come produce energia il Sole e Potremmo terraformare il Sole?
Anche Astronomy Cast ha alcuni episodi interessanti sull’argomento. Controllali – Episodio 30: Il Sole, macchie e tutto il resto, Episodio 108: La vita del Sole, Episodio 238: Solar Activity.
Per maggiori informazioni, controlla la Guida al sistema solare della NASA.