Le stelle si formano per contrazione di nubi gassose. Si suppone che nella fase iniziale la nube sia notevolmente estesa, rarefatta, e dotata di densità e temperatura basse ed uniformi.
Tra le particelle che costituiscono la nube agisce un'attrazione (gravitazionale) che tende ad avvicinarle. Inizia cosi una lenta contrazione che porta ad un riscaldamento della nube stessa.
(NGC 281 è un tipici esempio di nebulosa in cui si formano nuove stelle)
In accordo con leggi meccaniche e termodinamiche che stabiliscono precise relazioni di conversione tra lavoro e calore, parte del lavoro compiuto dalle forze gravitazionali durante la fase di contrazione della stella viene convertita in energia termica che, a sua volta, determina un riscaldamento della stella stessa.
d'altra parte, poiché viene a crearsi uno squilibrio tra la temperatura dell'ambiente circostante e quello della stella stessa, questa, o meglio, la «protostella», incomincia ad irraggiare.
(La protostella all’interno della nebulosa “Girino”)
Irraggiando energia, la stella tende a raffreddarsi e, con il raffreddamento, le forze gravitazionali incontrano meno opposizione da parte della pressione interna della stella dovuta all'agitazione termica del gas: ciò provoca una progressione della contrazione gravitazionale.
La contrazione fa aumentare ulteriormente la temperatura perché l'energia proveniente dal lavoro gravitazionale compiuto viene nuovamente in parte convertita in energia termica ed in parte irraggiata.
Ci troviamo cosi di fronte ad una situazione per cui più la stella si contrae, più si riscalda. Inoltre, in un certo senso, la sua contrazione progressiva e permessa dall'irraggiamento.
Possiamo sintetizzare questo meccanismo nella paradossale affermazione secondo la quale «una stella irraggiando si riscalda».
Tale realtà, che è paradossale soltanto in apparenza, e valida per tutti sistemi aventi «calore specifico negativo».
Studi generali mostrano che il calore specifico negativo a tipico dei sistemi autogravitanti, cioè soggetti alla contrazione gravitazionale.
Sappiamo che proprietà analoghe possono essere stabilite perfino per sistemi tipicamente «gravitazionali» e molto particolari, come i buchi neri.
La lenta e progressiva contrazione della stella continua per milioni di anni, fino a che le sue regioni centrali non diventano sufficientemente calde perché possano incominciare ad innescarsi ed a svolgersi le reazioni termonucleari.
Tali reazioni sprigionano energia secondo lo stesso processo che ha luogo nell'esplosione di una bomba all'idrogeno. Nel momento in cui si innescano tali reazioni, la nube di gas si stabilizza, Infatti essa si assesta nella situazione in cui l'energia che viene irraggiata dalla sua superficie è compensata dall'energia che viene generata nel suo interno. La stella non ha perciò più bisogno di contrarsi per generare energia termica. Questo è l'istante in cui si può dire che la stella è nata.
Va sottolineato che negli studi sulla formazione stellare viene adottata la Teoria newtoniana della Gravitazione.
Infatti, il campo gravitazionale di una stella è sufficientemente debole perché gli effetti relativistici siano trascurabili e la Gravitazione newtoniana rappresenti un'ottima approssimazione per lo studio di un tale sistema. Nel caso di oggetti come le stelle di neutroni e i buchi neri, intorno ai quali il campo gravitazionale assume un'intensità molto elevata, la Relatività Generale sarà indispensabile per la descrizione della loro situazione fisica.
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