Corso di astronomia, Lezione 2, 18/11/2010. Daniele Gasparri.

secondo stato di aggregazione della materia. Se innalziamo la temperatura oltre i 100 gradi, l’acqua dopo un
po’ è scomparsa del tutto perché è evaporata, ovvero si è trasformata in gas: questo è il terzo stato di
aggregazione della materia. Ogni sostanza, dall’acqua ai metalli, può trovarsi in questi tre stati di
aggregazione, a seconda delle condizioni di temperatura e pressione.
Accanto a questi 3 stati ben conosciuti, che ricapitolando sono: solido, liquido e gassoso, esiste nell’Universo
un altro stato in cui la materia può trovarsi: il plasma.
Quando un gas viene riscaldato ad oltre 10000 gradi, esso assume delle proprietà particolari. Tutta la materia
infatti è costituita da molecole, le quali sono costituite da gruppi di almeno due atomi, aggregati elementari
formati da un nucleo, nel quale si trovano protoni e neutroni, ed un involucro esterno formato da particelle
molto piccole e leggere, denominate elettroni. I protoni del nucleo sono 2000 volte più pesanti degli elettroni
ed hanno carica positiva. Gli elettroni, nonostante siano molto più leggeri, hanno carica negativa uguale e
contraria a quella dei protoni. Attraverso una sorta di rotazione, gli elettroni riescono a non essere attratti
dalle cariche positive del nucleo e formano l’atomo così come lo conosciamo. Ogni atomo è composto da un
ugual numero di elettroni e protoni, così che la carica totale netta è nulla; questo è un fatto importante perché
ci dice che tutta la materia è elettricamente neutra.
Quando un gas viene scaldato a temperature elevatissime, ad un certo punto l’energia che viene fornita
attraverso il calore prima disgrega le molecole nei singoli atomi: il gas, qualsiasi gas diventa atomico, ovvero
formato da atomi e non più da molecole complesse. Aumentando il calore, oltre i 10000°C, i singoli atomi
cominciano a perdere gli elettroni: quando un atomo perde uno o più elettroni si dice ionizzato ed esso
diventa elettricamente carico, perché non possiede più lo stesso numero di particelle positive e negative.
Questo è lo stato di plasma: un gas così caldo che le molecole di cui è composto sono ormai disgregate in
singoli atomi, i quali inoltre sono ionizzati, ovvero protoni ed elettroni non stanno più insieme ma hanno una
vita separata; in altre parole non esistono più gli atomi come li conosciamo e di fatto tutta la materia è
disgregata nei costituenti principali, che sono elettroni e nuclei atomici.
Quando un gas è nello stato di plasma emette una grande quantità di radiazione elettromagnetica,
principalmente nell’ultravioletto e nei raggi X. Inoltre, poiché non è più elettricamente neutro, esso non sente
più solamente la presenza della forza di gravità, ma anche i campi magnetici che permeano praticamente
tutto l’universo. Un gas allo stato di plasma può essere anche molto più denso perché le singole particelle che
compongono gli atomi sono molto più piccole degli atomi stessi, quindi quando l’atomo si è disgregato il gas
può comprimersi almeno 1000 volte di più rispetto a quando non era nello stato di plasma. Questa maggiore
compressione è alla base dell’esistenza stessa delle stelle e dell’Universo, perché rende possibile il processo
di fusione nucleare con il quale le stelle brillano e quindi sopravvivono.
Sebbene questo particolare stato della materia sia pressoché assente sulla Terra, è lo stato nel quale si trova
circa il 99% di tutta la materia dell’Universo: ancora una volta, le nostre esperienze quotidiane non
rispecchiano il reale comportamento dell’Universo!
All’interno di ogni stella il gas non è più composto da atomi, ma da nuclei atomici, principalmente idrogeno
ed elio e da un mare di elettroni liberi. La grande temperatura e pressione comprime enormemente questa
miscela di particelle atomiche, arrivando a produrre il fenomeno della fusione nucleare.
E’ ben noto che quando avviciniamo due particelle aventi la stessa carica, esse si respingono. Si tratta di
un’esperienza simile a quella che potete fare con due calamite: se avvicinate due poli uguali essi si
respingono e non c’è speranza di farli unire.
Con le cariche elettriche succede la stessa cosa: due cariche dello stesso segno si respingono, tanto più
quando sono vicine. All’interno della stella, quindi, dove protoni ed elettroni sono molto compressi, vi
devono essere delle immense forza repulsive tra le singole particelle.
Questo è vero, ma fino ad un certo punto.
La Natura infatti ci stupisce ancora una volta con un fatto sorprendente, ma fondamentale per l’esistenza
stessa dell’Universo: quando due particelle cariche positivamente, come due protoni, vengono avvicinate più
di una certa soglia, invece di respingersi si attraggono e si fondono fino a formare un nucleo atomico
composto da due protoni, ovvero un nucleo di una nuova sostanza: l’elio.
Per capire bene l’esempio è come se facciamo scontrare due palle di gomma: maggiore è la forza che
imprimiamo, più violento è l’urto e le palle rimbalzeranno con maggiore forza, allontanandosi le une dalle
altre in modo sempre più veloce, fino ad un certo punto, quando la forza con cui le facciamo scontrare è così
grande che le palle invece di rimbalzare l’una contro l’altra e allontanarsi, si uniscono, si fondono senza
alcuna possibilità di separarsi.
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