Il percorso evolutivo del Sole è stato descritto in alcuni dettagli e, a parte sottili differenze a parte, è stato descritto come tale per decenni: lo stadio gigante rosso che avvolge la Terra, il lampo dell'elio, ecc. Sembrerebbe che le conoscenze necessarie per fare una previsione del genere esiste dagli anni '60, se non prima.

Come facciamo a sapere che accadrà e sui tempi descritti? Se facciamo alcune misurazioni / stime della massa e della composizione del Sole e utilizziamo la nostra comprensione della fisica nucleare - energia di fusione e così via, e una comprensione della fisica newtoniana (o dobbiamo invocare Einstein?), Fanno i le previsioni cadono inevitabilmente?

Le previsioni potrebbero essere sbagliate? C'è qualche misura significativa di incertezza, forse dovuta alla sensibilità di alcuni calcoli alle condizioni iniziali, ecc.?

Il futuro del gigante rosso del nostro Sole è una conclusione ferma, o solo una probabile possibilità tra una serie di altri e di cui si parla comunemente solo perché sembra il più probabile?

La cosa che non stai prendendo in considerazione è che le nostre previsioni per la futura evoluzione del Sole non si basano solo sulla nostra comprensione e osservazioni del Sole. Sono basati sulla nostra comprensione e osservazioni di tutte le stelle che abbiamo mai visto. Il fatto è che le stelle della stessa massa e composizione devono necessariamente evolversi allo stesso modo. Quindi possiamo guardare altre stelle e trovarne alcune più o meno uguali alle nostre, ma potrebbero essere più avanti lungo il percorso evolutivo. Possiamo studiare queste stelle e vedere cosa sta succedendo a loro. Conglomerando molti dati su molte stelle in molti punti diversi del loro ciclo di vita evolutivo, possiamo mettere insieme un quadro coerente per il nostro Sole.

Gli scienziati hanno dedicato molti sforzi alla creazione di modelli evolutivi stellari. Per fare questo, hanno messo insieme le moltissime informazioni raccolte dalle decine di milioni di stelle che abbiamo osservato, aggiungono molta matematica e fisica che rappresentano i processi fisici che si verificano in queste stelle e quello che trovi è che le "previsioni semplicemente inevitabilmente ricaduta". Ci sono molte basi di codice evolutivo stellare là fuori che puoi trovare. Ad esempio, Pols et al. 1998applicato codice evolutivo stellare a gruppi di stelle. Di seguito è mostrata una figura estratta dalla loro carta. Mostra un diagramma Color-Magnitude dell'ammasso aperto di stelle M67, insieme alle previsioni della traccia evolutiva di quelle stelle. Naturalmente c'è una certa varianza poiché ogni stella non è esattamente la stessa, ma nel complesso, puoi vedere che le stelle seguono abbastanza bene la traccia evolutiva prevista.

Una volta che hai un programma evolutivo stellare ben calibrato, non è troppo difficile applicare quel programma al nostro Sole. Ci saranno alcune incognite e qualche varianza, ad esempio, potremmo non conoscere l'estensione fisica dell'espansione delle fasi del gigante rosso, ma sappiamo che accadrà.

Dalla teoria

È possibile integrare numericamente le equazioni della struttura stellare nel tempo per capire come si evolverà una stella. È necessario formulare alcune "ipotesi" di base sulle proprietà centrali e superficiali della stella del modello, ma man mano che il modello viene creato, le iterazioni future possono utilizzare valori diversi per questi, rendendo il modello sempre più accurato fino a renderlo coerente .

Le equazioni si basano su diversi presupposti chiave (per i quali esiste una buona quantità di prove). Eccone alcuni:

• Le stelle sono in equilibrio idrostatico approssimativo
• L'energia è (per la maggior parte) generata attraverso percorsi di fusione nucleare ben esplorati
• L'energia è conservata
• Esiste una relazione - un'equazione di stato - che descrive la relazione matematica attraverso molte delle quantità chiave (ad es. Pressione, densità, temperatura, ecc.)

Dall'esperimento

Ci sono centinaia di miliardi di stelle nella sola Via Lattea. Chiaramente, non li conosciamo tutti - e l'astronave Gaia ne osserverà (ancora sorprendentemente molti) un miliardo di essi - ma abbiamo osservazioni per un numero di stelle come il Sole e le stelle che si trovano da qualche parte lungo le tracce evolutive simile a quello previsto dal sole. I dati di queste stelle confermano molti modelli (mentre mostrano che altri hanno bisogno di modifiche).

Grazie a ripetuti confronti di teoria e simulazione con la vita reale, i modelli sono stati perfezionati nel tempo e sempre più prove sono state raccolte a loro favore. Esiste sempre una forte interazione tra teoria ed esperimento e le previsioni del modello corrispondono a ciò che vediamo nel cielo, mentre le cose che vediamo nel cielo ci forniscono dati sempre migliori per la realizzazione di modelli più nuovi, ancora più accurati.

In poche parole. . .

. . . abbiamo buone teorie per i processi che rendono possibili le stelle, una delle quali è la fusione nucleare. Sappiamo molto bene come la fusione nucleare dovrebbe cambiare gli elementi nel tempo e quindi come dovrebbe cambiare la composizione di qualsiasi campione di materiale. Sappiamo anche che la fusione è il processo che i poteri hanno come protagonisti; pertanto, possiamo creare modelli che mostrano come la fusione in una stella dovrebbe farla cambiare ed evolvere nel tempo. Questi modelli corrispondono quindi ai dati empirici.

Il futuro del gigante rosso del nostro Sole è una conclusione ferma, o solo una probabile possibilità tra una serie di altri e di cui si parla comunemente solo perché sembra il più probabile?

Ignorare la minima possibilità che qualcosa come una stella di neutroni si scontri con il nostro Sole nei prossimi miliardi di anni, sì, è inevitabile. C'è qualche dibattito su casi limite come le stelle a bassa metallicità ("metallo" per un astronomo significa tutt'altro che idrogeno o elio) e stelle di massa bassa o alta. Il nostro Sole non rientra in questi casi limite.