Le nane bianche e la materia degenere

L'osservazione delle stelle morte, pochissimo luminose e molto lontane, e nella pratica estremamente difficile: esse sfuggono anche all'osservazione professionale. Una certa categoria di stelle, quelle che stanno al centro delle nebulose planetarie, hanno un involucro nebuloso a forma di anello che circonda la stella. Talvolta esso e facile da vedere, come nel caso della nebulosa anulare della Lira; in altri casi e invece più difficile da osservare direttamente nel telescopio ed eventualmente e assai più facile vederlo per mezzo della fotografia. Dunque, questa tecnica osservativa e riservata soltanto ai dilettanti più abili e più attrezzati. Una ricerca interessante e quella di una nana bianca vicina ad una stella luminosa, come, per esempio, Sirio B, la compagna che ruota intorno a Sirio. Purtroppo anche in questo caso e molto difficile osservare questa stella, a causa della grandissima luce di Sirio che abbaglia, impedendo di vedere quella estremamente più debole del suo compagno defunto. In effetti, nel secolo passato si era pensato che la perturbazione sulla componente principale di Sirio, dovuta alla massa della stella morta, fosse dovuta a un corpo senza luce, cioè un pianeta. Questo perché a quei tempi non si sapeva che la materia stellare quando la stella muore, cioè termina la sua vita energetica normale, non si assesta secondo la struttura di un pianeta, ma secondo quella di un astro molta caldo che differisce molto dalla struttura di un corpo, appunto come la Terra o come gli altri componenti del Sistema Solare. Qui occorre aprire una parentesi. Quando si parla di materia densa di un pianeta, si sa che già nell'interno del corpo di un astro come la Terra la pressione dovuta al peso degli strati sovrastanti e cosi forte che le sostanze vengono compresse ad una densità maggiore di quella normale. Per esempio, al centro della Terra, il ferro arriva ad una densità ben superiore al valore che ha alla superficie di 7,85, ma poi, anche per la presenza di una certa percentuale di nichel, sale fino a 10. Tuttavia una stella che muore e solitamente un astro con una massa che e enormemente superiore a quella della Terra. Ed e quest'enorme massa che genera all'interno dell'astro una pressione cosi elevata da far si che la materia si assesti in un modo differente da quello del centro della Terra o di un altro pianeta solare. In particolare, quando, a causa della cessazione delle reazioni termonucleari, la stella termina la sua vita normale, se la sua massa e inferiore a circa una volta e mezzo a quella del Sole, allora comincia a comprimersi e in questa compressione si riscalda. Ma questo riscaldamento non può più accendere alcuna reazione termonucleare, perché i nuclei di cui e composta la materia stellare sono ormai inabili a sostenerla. A questo punto la materia e completamente ionizzata, cioè composta di nuclei privi di elettroni e di un gas di elettroni che si muove fra questi nuclei senza che gli elettroni stessi siano ad essi legati su orbite definite. Materia di questo tipo ha la possibilità di comprimersi enormemente e questo fa si che la stella possa ridursi di volume e, pur possedendo una massa che è paragonabile a quella del Sole, può arrivare ad un volume che è quello della Terra, cioè in pratica almeno un milione di volte minore di quello solare.

Quindi la densità finale che viene raggiunta da questa materia e dell'ordine di grandezza di centomila volte la densità dell'acqua. Tuttavia vi sono stelle che, alla fine di questo processo, sono ancora più dense, addirittura cento milioni di volte la densità dell'acqua. Ci si deve abituare a queste densità estremamente elevate perché la fine della vita di stelle di massa sempre maggiore danno luogo a corpi finali sempre più densi, come le nane bianche. La struttura interna delle nane bianche, le caratteristiche della materia che le compone dipendono da questi due fatti: l'impossibilita di generare una grande quantità di energia, come avveniva quando era disponibile l'idrogeno per le reazioni termonucleari, e la grande pressione a cui la stella si trova. La materia in questa situazione deve la maggior parte delle sue proprietà alle caratteristiche di questa nuvola di elettroni che permea lo spazio fra un nucleo atomico e l'altro, spazio molto ristretto, in confronto a quello che esiste, quando la materia e rarefatta, all'interno dei nuclei freddi che si trovano alla superficie o all'interno di un pianeta ordinario. Questi elettroni formano il "gas degenere", cioè un gas a cui basta imporre una modestissima compressione per avere un fortissimo aumento di temperatura. E per questo che una contrazione molto modesta della nana bianca può restituirle quella temperatura e di conseguenza quella brillantezza che le sono necessarie per continuare a splendere. La parte più interna di una nana bianca e soggetta ad una pressione cosi elevata che il materiale di cui e composta e sicuramente solido. Questo solido possiede qualità eccezionali: per esempio, oltre all'estrema densità, anche un'estrema rigidezza ed un punto di fusione altissimo, anche cento milioni di gradi. Per questo si può affermare che questa stella sarà quasi interamente solida. Dunque, il cadavere di una stella e un corpo solido come quello di un pianeta, pero estremamente più denso e più rigido, dotato di un punto di fusione assai elevato e caldissimo, tanto caldo che la sua temperatura superficiale lo rende visibile. Tuttavia l'estrema piccolezza di questo astro rispetto alle dimensioni di una stella normale lo rendono dotato di cosi poca superficie che la luce erogata e scarsa e quindi l'astro e invisibile anche a distanze relativamente modeste.