La vita delle stelle, le galassie e il Big Bang

​​La Sfera celeste

Se osserviamo il cielo notturno, ci appare come una sfera cava, la Sfera celeste, in cui appaiono migliaia di puntini luminosi, chiamati corpi celesti. La Sfera celeste ruota apparentemente intono a noi, in quanto questo movimento è dovuto alla rotazione della Terra. I corpi celesti che illuminano la sfera celeste possono essere delle stelle, che emettono luce autonomamente o dei pianeti che sono luminosi perché riflettono la luce ricevuta dal Sole. 

Se prolunghiamo idealmente nello spazio l'asse terrestre esso incontra la Sfera celeste in due punti che individuano rispettivamente il Polo nord celeste nell'emisfero boreale e il Polo sud celeste nell'emisfero australe. Questi due punti hanno la caratteristica di rimanere fermi nella Sfera celeste. Nell'emisfero boreale in prossimità del Polo nord celeste si trova la Stella polare che viene usata come punto di riferimento. Nell'emisfero australe invece il punto di riferimento vicino al Polo sud celeste si trova vicino ad un raggruppamento di stelle chiamato Croce del Sud.

Nell'antichità alcune stelle più brillanti della Sfera celeste sono state raggruppate in costellazioni a cui sono stati spesso attribuite dei nomi di origine mitologica.

La scienza che studia tutto ciò che esiste nello spazio che circonda la Terra, cioè l'Universo (o Cosmo), si chiama astronomia.

Le stelle

Le stelle sono costituite da masse di gas ad altissima temperatura che emettono energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. L'energia è prodotta da reazioni di fusione nucleare che avvengono al loro interno.

Le stelle possono essere classificate in base alla loro luminosità e al loro colore:

• La luminosità corrisponde alla quantità di energia emessa nell'unità di tempo. La luminosità che riusciamo a percepire sulla Terra è detta luminosità apparente ed è minore della luminosità assoluta che invece è la quantità di luce realmente emessa dalla stella. La luminosità di una stella varia con la sua dimensione e temperatura
  
• Il colore di una stella dipende dalla sua temperatura superficiale. La temperatura di una stella aumenta passando dal rosso caratteristico delle stelle meno calde al blu caratteristico delle stelle più calde. 

La vita delle stelle

Le stelle nascono dalle nebulose che sono ammassi giganteschi di polveri finissime e gas freddi di cui l'idrogeno è il componente principale. Quando una parte di gas e polveri si concentra aumenta la densità della materia e con essa l'attrazione di gravità tra particelle che fa concentrare ulteriormente il gas e aumentare la temperatura e si forma una protostella. Se la massa della protostella continua ad aumentare anche la temperatura aumenta e si innescano le reazioni di fusione nucleare che trasformano l'idrogeno in elio e così nasce la stella. 

L'emissione di energia fa espandere i gas fino a compensare la forza di gravità e la stella raggiunge così una fase di stabilità che può durare per molti milioni di anni. 

Le stelle subiscono tutte un'evoluzione attraverso una serie di trasformazioni che si susseguono dalla nascita fino allo stadio finale.

Quando una stella ha esaurito tutto l'idrogeno le reazioni di fusione nucleare diminuiscono. Avvengono una serie di contrazioni ed espansioni dei gas che costituiscono la stella che si trasforma in una gigante rossa. Successivamente a seconda della massa iniziale della stella il suo destino sarà diverso:

• se la massa iniziale della stella è poco inferiore a quella del Sole, la gigante rossa collassa e si forma una nana bianca, una piccola stella che si raffredda lentamente trasformandosi in una nana nera che non emette alcun tipo di luce;
  
• se la massa iniziale è come quella del Sole, la gigante rossa prima di diventare una nana bianca espelle gli strati più esterni originando una nube di gas detta nebulosa planetaria;
• se la massa iniziale è circa $$10$$ - $$25$$ volte la massa del Sole, la gigante rossa esplode formando una supernova. Gran parte del suo materiale è disperso nello spazio e il restante forma una stella di neutroni, che ha una densità elevatissima.
• se la massa iniziale è più di $$25$$ volte quella del Sole la supernova si trasforma in un buco nero, che è così denso da attirare a sé qualsiasi particella, anche la luce.​

1.Nebulosa; 2.Protostella; 3.Stella; 4.Gigante rossa con massa minore o uguale al Sole (4a.Nana bianca; 4b.Nana nera); 5.Gigante rossa con massa molto maggiore del Sole (5a.Supernova; 5b.Buco nero; 5c.Stella di neutroni)

Le galassie

Le galassie sono zone dell'Universo in cui si concentrano miliardi di stelle, corpi celesti, polveri e gas. Le galassie sono classificate in base alla loro forma:

• galassie ellittiche;
  
• galassie a spirale;
• galassie a spirale barrata; 
• galassie irregolari.
  

Le galassie possono raggrupparsi e costituire degli ammassi di galassie che a loro volta possono concentrarsi in gruppi ancora più grandi chiamati superammassi.

La nostra galassia si chiama Via Lattea, ha forma di spirale barrata e fa parte di un gruppo di una ventina di galassie chiamato Gruppo Locale.

Il Big Bang

Nel 1929, Edwin Hubble dedusse che le galassie si stanno allontanando le une dalle altre con una velocità tanto più alta quanto più sono lontane. Questo fenomeno può essere spiegato solo con l'ammissione che l'Universo sia in espansione e che lo spazio tra ogni corpo che lo costituisce aumenti progressivamente come accade alla superficie di un palloncino quando viene gonfiato. 

1.Superficie iniziale; 2.Superficie dopo che il palloncino è stato gonfiato

Negli anni Ottanta, questa scoperta ha portato gli astronomi a formulare la teoria del Big Bang che spiega l'origine dell'Universo. L'Universo avrebbe avuto origine circa $$13,8$$ miliardi di anni fa da una condizione in cui tutta la materia era concentrata in una porzione piccolissima di spazio sotto forma di energia ad una temperatura e densità elevatissime. A un certo punto la materia avrebbe cominciato a espandersi, via via dilatandosi e raffreddandosi. Si sarebbero così originati la materia e gli atomi come li conosciamo oggi, le nebulose, le galassie fino a giungere alle condizioni attuali. Gli scienziati pensano che una prova del Big Bang risieda nella cosiddetta radiazione cosmica di fondo. Due ingegneri americani negli anni Sessanta captarono una radiazione che proveniva da tutte le direzioni dello spazio con uguale intensità senza individuare una sorgente specifica. Questa radiazione che all'inizio era sembrata un "rumore" di fondo rappresenta una traccia della radiazione primordiale risalente al Big Bang. Di recente gli scienziati hanno hanno trovato indizi che l'espansione dell'Universo sta accelerando fenomeno non ancora chiarito e attribuito ad una, per ora, "misteriosa" energia oscura.

Immagine dell'Universo costruita raccogliendo la radiazione cosmica di fondo.