È sempre un problema trovare un accordo preciso fra la terminologia
storica o divulgativa e le classificazioni scientifiche più moderne.
Dal
punto di vista storico le dizioni “giganti”, “supergiganti”, ecc. sono
ben anteriori alla piena comprensione dell’evoluzione stellare, e in
effetti si tratta di una classificazione morfologica che,
semplicemente, ci informa del fatto che si osservano stelle di varie
dimensioni fisiche. Tuttavia questa terminologia è anche,
intrinsecamente, fonte di una certa confusione, in quanto lo stesso
sviluppo delle teorie di evoluzione stellare ci ha mostrato come, da
una parte, le stelle nascano con dimensioni diverse in dipendenza
sostanzialmente solo dalla loro massa, ma dall’altra le loro dimensioni
possano variare, ed in maniera rilevante, durante l’evoluzione stessa.
Vale la pena, su questo punto, di cercare di definire un po’ più precisamente il problema.
Come
probabilmente ben noto, la maggior parte delle stelle che possiamo
osservare in cielo sono in una fase evolutiva nota come “sequenza
principale”. Si tratta della fase più lunga della vita delle stelle ed
è caratterizzata dall’instaurarsi di una stabile fusione nucleare di
idrogeno in elio. In pratica la grande probabilità di osservare una
stella in questa fase evolutiva discende proprio dalla sua lunga
durata: una stella di massa solare, per esempio, spende grossomodo
l’80% della sua esistenza in questa fase.
A questo
punto vale la pena di complicare un poco la questione osservando che le
stelle, in realtà, non si formano tutte con la stessa massa, ed in
effetti si ha una naturale distribuzione di masse che riflette, in
maniera non ancora pienamente compresa, dettagli dei complessi
meccanismi di formazione. Sia come sia, si osserva che dato un certo
numero di stelle formatesi per esempio in un ammasso, quindi con stessa
età, composizione chimica, ecc., solo una percentuale minima è
costituita da oggetti di massa grande, diciamo a titolo di esempio
oltre le 10 masse solari, ed invece la grandissima maggioranza è
costituita da oggetti di massa ben inferiore a quella del nostro Sole.
In ogni caso, essendo tutte queste stelle nella stessa fase evolutiva,
la fisica delle strutture stellari ci dice che esiste una relazione ben
precisa fra massa e raggio delle stesse, aumentando il raggio con la
massa. Ad esempio:
log (R/R0) = 0.73 log (M/M0)
per oggetti nell’intervallo compreso fra 0.4 e 30 volte la massa del Sole. Con R0 ed M0 si indica, infatti, il raggio e la massa del Sole che, vale la pena sempre di ricordare, sono rispettivamente circa 7 x 108 m e 2 x 1030 kg. In definitiva, quindi, in base alla relazione precedente una stella di 10 M0
dovrebbe avere, sulla sequenza principale, un raggio di poco più di 5
volte quello del nostro Sole. Si tenga comunque presente che la
relazione proposta ha solo valore esemplificativo.
A
complicare ulteriormente le cose, a parte la già accennata
differenziazione in dimensioni dovuta alla massa iniziale, le stelle
possono variare le loro dimensioni anche a parità di massa in seguito
all’evoluzione. Sostanzialmente quello che accade è che all’esaurirsi
dell’idrogeno nelle regioni nucleari della stella, in seguito ad una
serie complessa di trasformazioni, la stella comincia a produrre
energia sintetizzando idrogeno in elio negli strati più esterni tramite
fusione nucleare. Questo spostamento della zona di produzione
dell’energia, con qualche dipendenza dalla composizione chimica del
materiale costituente la stella, produce un’enorme espansione della
stella, che può aumentare di dimensioni anche di centinaia o migliaia
di volte. Si calcola, per esempio, che il nostro Sole diventerà
sufficientemente grande da inglobare l’orbita della Terra (150 milioni
di km, o 1.5 x 1011 m) o addirittura quella di Marte (225
milioni di km). Ed è probabilmente ben noto fra i lettori l’esempio di
Betelgeuse, nota stella rossa nella costellazione di Orione, che si è
espansa fino a dimensioni superiori all’orbita di Giove (dell’ordine
del miliardo di km!).
Siamo ora pronti per arrivare al punto centrale della domanda.
Come si
è visto le dimensioni delle stelle sono sostanzialmente legate a
fattori intrinseci, la massa, e a fattori evolutivi, l’età. Tutto
questo ha innegabilmente sempre generato una certa ambiguità,
soprattutto nella letteratura divulgativa, essendoci una certa
confusione nell’uso del termine “gigante”. L’espressione può infatti
indicare sia una stella di grande dimensione perché di grande massa che
una stella evoluta, più vecchia diremmo, che quindi si è espansa ben
oltre le sue dimensioni di sequenza principale.
Come
tentativo di definire uno schema, ma non si prenda questa suddivisione
come esente da discussioni, si intende per “gigante rossa” una stella
evoluta, caratterizzata infatti (ma non sempre) da un colore rosso
dovuto alla bassa temperatura fotosferica raggiunta a causa della
grande espansione che ha subito; e di solito si intendono come
supergiganti vere e proprie le stelle di grande massa indipendentemente
dal colore (si parlerà allora di supergigante rossa o blu). Tuttavia è
il caso di segnalare che talvolta il termine supergigante viene
lasciato alle sole stelle di grande massa a loro volta evolute, benché
per gli oggetti massivi l’usuale schema evolutivo che prima abbiamo
brevemente delineato (sequenza principale, gigante, ecc.) risulta
notevolmente più complesso e tale da rendere questa suddivisione
probabilmente non del tutto necessaria.