No, non si
tratta di “una colossale stupidaggine”. Piuttosto forse di un
po’ di confusione, peraltro comprensibile, riguardo alla struttura degli
interni stellari. La comprensione piena dei meccanismi fisici di trasporto
dell’energia all’interno delle stelle è intrinsecamente complessa,
e non c’è nulla di strano nel non avere le idee del tutto chiare.
Proviamo ad affrontare la questione in maniera semplice ma cercando di
dare al discorso una sequenzialità logica facendo riferimento a
pochi e semplici, almeno a livello discorsivo, principi di base.
Punto primo: perchè in una stella si instaurano delle zone in
cui la convenzione è attiva?
Essenzialmente possiamo pensare al fenomeno fisico “stella”
come ad un’enorme macchina per la conversione di energia gravitazionale
ad altre forme di energia (termica, elettromagnetica, ecc.). Non ci interessano
in questo momento i dettagli di questi processi, quello che ci importa
è però sapere che all’interno delle stelle, nella zona nucleare
ma spesso in determinate fasi evolutive anche in strati più esterni,
si instaurano meccanismi di produzione di energia che permettono alla
struttura stellare di controbattere la propria gravitazione.
In altre parole una stella può essere considerata come un grande
sistema autoregolante. E’ un punto interessante che merita qualche breve
commento. Supponiamo di poter in qualche maniera comprimere una stella,
come risultato immediato avremmo l’aumento della temperatura al suo interno
e questo porterebbe immediatamente ad una maggiore efficienza nella produzione
di energia che invece tenderebbe a far espandere la struttura stellare.
In seguito all’espansione, tuttavia, la
temperatura interna diminuirebbe e l’efficienza della produzione di energia
diventerebbe anch’essa minore, con il risultato di far “mancare sostegno”
alla struttura stellare e quindi favorire una contrazione. Una stella,
quindi, è un tipico esempio di sistema retroattivo nel quale sono
all’opera dei meccanismi che portano naturalmente alla stabilità.
In pratica la stella produce la giusta quantità di energia che
le serve per non collassare su se stessa, e le varie fasi evolutive dipendono
proprio dall’efficienza o meno di questi processi di produzione di energia.
Qualunque siano questi processi, abbiamo comunque produzione di energia
negli interni stellari e parte di questa energia (metà!) viene
trasportata all’esterno attraverso vari meccanismi, e fra questi radiazione
e convezione. Questo è il punto focale da comprendere: all’interno
di una stella si produce energia e questa viene trasportata verso l’esterno.
Punto secondo: come avviene il trasporto dell’energia?
Si tratta di uno dei problemi più complessi dell’astrofisica stellare.
Tuttavia per i nostri scopi è sufficiente sapere che il trasporto
di tipo radiativo, cioè tramite fotoni che “migrano”
con varie interazioni dalle zone di produzione verso la superficie della
stella, è sempre per definizione attivo. Tuttavia la capacità
di trasporto dell’energia prodotta per radiazione non è infinita.
In dipendenza da vari parametri fisici della materia stellare (densità,
composizione chimica, ecc.) è possibile che in determinate fasi
evolutive il trasporto radiativo non sia in grado di trasportare tutta
l’energia prodotta. Se questo accade si aprono altri canali di trasporto
come, tipicamente, la convezione. In questo caso è la materia stessa
che si muove e trasporta l’energia e, per i nostri scopi, possiamo vedere
questo meccanismo come una sorta di “troppo pieno” che si attiva
solamente quando necessario.
Punto terzo: dove si instaura la convezione?
E’ la risposta alla tua domanda. Mettiamo insieme i punti uno e due.
Abbiamo compreso che all’interno delle stelle ci sono zone, anche più
d’una, dove si produce energia. Ed abbiamo compreso che parte di questa
energia va a sostenere la struttura stellare, e parte viene trasportata
all’esterno attraverso la superficie. A questo punto siamo in grado di
giungere a questa conclusione: dove la produzione di energia è
particolarmente intensa, o dove le capacità di trasporto radiativo
sono limitate, deve instaurarsi un trasporto convettivo che permette di
smaltire l’energia prodotta che, ricordo, è determinata dalla necessità
di sostenere la stella contro la propria gravità e non da altri
fattori.
Di conseguenza non c’è nulla di strano nell’avere uno strato convettivo
superficiale, come accade in molte stelle con fotosfera non caldissima.
Questo è dovuto al fatto che a determinate temperature, quelle
per cui molti elementi non sono completamente ionizzati, la materia stellare
tende ad essere molto “opaca” alla radiazione, e quindi si attiva
il canale convettivo di trasporto. Tuttavia mano a mano che si entra all’interno
della stella all’aumentare della temperatura cambia la capacità
della materia stellare di produrre un efficiente trasporto radiativo e
la convezione si spegne o, per meglio dire, non trasporta più una
percentuale apprezzabile dell’energia prodotta. Tuttavia, come accade
in stelle di massa un po’ superiore a quella del Sole, nella zona nucleare
si può instaurare un meccanismo di produzione di energia che risulta
molto efficiente in una zona ristretta del nucleo stellare. In questo
caso abbiamo una grande produzione di energia in un volume limitato, ed
ancora una volta la materia stellare non è in grado di smaltire
questo flusso con la sola radiazione e, quindi, si attiva la convezione.
Essenzialmente bisognerebbe evitare di pensare che ci sia una precisa
gerarchia, andando dall’interno verso l’esterno delle stelle, nelle zone
a trasporto radiativo o convettivo. Al contrario, dobbiamo pensare al
fatto che il trasporto radiativo è sempre presente, ma in determinate
situazioni diventa invece efficiente e dominante quello di tipo convettivo,
e questo può benissimo accadere come si osserva direttamente nelle
zone superficiali di molte stelle, come il Sole, ma anche all’interno
come in stelle più massiccie del Sole.