Le protostelle si formano in seguito alla contrazione gravitazionale di nubi di gas interstellare e polveri, osservazioni di nubi molecolari giganti, hanno mostrato addensamenti isolati, i cosiddetti nuclei densi, che in seguito si svilupperanno in stelle. Le nubi di gas interstellare composti principalmente da idrogeno molecolare ed elio, hanno temperature molte basse, la maggior parte sono in una fase di stabilità, la forza di gravità è bilanciata dall'energia termica degli atomi e delle molecole che compongono la nube, il collasso avverrà quando un evento esterno esempio l'onda d'urto di una supernova o urti fra nubi, sono abbastanza grandi da far si che la forza di gravità sia maggiore della pressione termica.
Il fisico britannico Sir James Jeans, esegui una serie di studi su questo fenomeno, dimostrò che una nube o parte di una nube, inizierà a contrarsi in determinate condizioni, stabilì una massa critica (massa di Jeans) da superare, per dare inizio al collasso gravitazionale.
In una nube la contrazione non avviene in modo uniforme, ma subisce una frammentazione in nubi più piccole, inoltre la frammentazione della nube è la causa della formazione di sistemi doppi e multipli di stelle (ammassi stellari).

 

 

credit HST WFPC2 J.Hester and P.Scowen NASA
M16
zona di formazione stellare

credit Charles Cuillandre Canada France Hawaii Institute
IC 1396
regione di formazione stellare

credit Gary Fuller NRAO
L 483
nube molecolare

 

 

Al centro della nube collassata si forma un oggetto "la protostella", un oggetto freddo, con una temperatura molto bassa.
La quantità di materia a disposizione della protostella al momento iniziale, determina le caratteristiche della stella, che sarà calda e luminosa o più fredda e più debole; quanto più massa possiede una protostella, tanto più calda sarà la stella che alla fine si formerà.

Con il proseguire della contrazione, la sua regione centrale diventa più densa, viene liberata energia gravitazionale, e ciò produce un riscaldamento della materia gassosa, non appena il centro la temperatura raggiunge circa 1 milione di gradi, si innesca la fusione del deuterio, con emissione di una quantità di energia nucleare e la protostella si dilata, tale espansione dipende dalla massa della protostella,
1 Ms (massa solare) l'espansine sarà di 5 Rs (raggi solari)
mentre 3 Ms l'espansione sarà di 10 Rs.

Il calore riesce a raggiungere la superficie, tramite dei vortici convettivi, anziché per radiazione; bolle di gas caldo, riscaldate dalla combustione nucleare risalgono in superficie, mentre gas più freddo scende verso il centro; questo processo permette di rimescolare il materiale della stella, cosicché' il deuterio che si deposita sulla superficie può essere raccolto, trasportato verso il centro e fuso dalla protostella, questo meccanismo porta cosi ad alimentare le reazioni di fusione nucleare.

 Allo stesso tempo non tutta la materia che collassa all'interno di un nucleo denso raggiunge la protostella, la legge di conservazione del momento angolare obbliga la materia in accrescimento ad organizzarsi in un disco ruotante, da cui la materia cade sulla stella, per questo motivo è anche chiamato disco di accrescimento.

Nelle prime fasi evolutive, le osservazioni ottiche non ci rivelano informazioni sull'oggetto che si sta formando, la radiazione è fortemente assorbita dalla materia densa che ancora circonda tutto il sistema, solo con telescopi infrarossi si potrà osservare l'emissione dovuta all'involucro di polveri e gas, non ancora riscaldati dall'irraggiamento dell'oggetto centrale.

Successivamente, la radiazione emessa dall'oggetto centrale aumenta e si creano forti venti stellari che spazzano via la nube circostante, questo vento non ancora osservato direttamente, ha la funzione di respingere verso l'esterno il gas in arrivo, materia e radiazione vengono cosi allontanati verso l'esterno a velocità elevate, inoltre l'oggetto essendo in rotazione, presso i poli rotazionali si crea una zona di minore resistenza, e di qui il vento stellare erode l'involucro e dà origine a flussi bipolari (getti stellari) di materia ad alta velocità, che eliminano parte del momento angolare del materiale che si accumula sulla protostella.

Nelle regioni di formazione stellare si sono osservati alcuni fenomeni, si tratta dei getti che provengono da oggetti stellari giovani, sono emissioni di materia a velocità elevate di forma geometrica bipolare molto collimati.

Molti ricercatori hanno fatto una lunga serie di osservazioni e sono stati proposti diversi modelli per spiegarne il meccanismo. Nonostante le osservazioni dell'Hst e i modelli che sono in buon accordo con le osservazioni, la loro origine ancora non è chiara. Osservazioni effettuate nel 1983 da MUNDT e FRIEND di oggetti galattici stellari nella fase di pre-sequenza principale, hanno mostrato che queste stelle perdono massa sotto forma di getti bipolari (un esempio di getti sono associati agli oggetti Herbig Haro).

A questa fase iniziale dell'evoluzione stellare, anche se con caratteristiche diverse, sono associati gli oggetti HERBIG HARO, stelle di tipo T Tauri e FU-ORIONIS che come le T Tauri sono stelle variabili irregolari, ma i fenomeni eruttivi si presentano in modo più violento.

 

 

credit HST WFPC2 J.Morse STScl NASA
HH 47 jets da una giovane stella

credit VLT KUEYEN+FORS2 ESO
HH34 protostella in orione

zoom

zoom

 

 

schema

 




credit 2MASS Atlas Image

A poco a poco i venti protostellari stellari liberano la protostella dal suo "guscio", rendendola visibile agli strumenti ottici, in questa fase l'oggetto entra in una zona definita pre-sequenza principale, e vi permane finché si innesca la fusione nucleare dell'idrogeno.

Nella fase di pre-sequenza principale, la stella è ancora instabile, l'elevata luminosità che si riscontra è dovuta alla forza gravitazionale e non termonucleare, all'interno la temperatura riscalda il gas, fino al punto da creare una pressione che opponendosi alla contrazione gravitazionale ne impedisce il collasso, durante la contrazione i valori centrali di temperatura e densità continuano a crescere, finché raggiunti i 10 milioni di gradi nel nucleo centrale si innescano le reazioni di fusione dell'idrogeno in elio, da questo momento la stella si colloca sulla Sequenza Principale.

A secondo della massa iniziale, si hanno destini diversi, inferiore a 0,07 volte la massa del Sole, la protostella non riesce a raggiungere la temperatura necessaria per innescare il meccanismo di fusione dell'idrogeno in elio, questi oggetti tenderanno a raffreddarsi trasformandosi in
nane brune ma a volte sono considerati grossi pianeti.

immagine a sinistra T TAURI un giovane oggetto stellare


 

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