Le stelle sono composte di plasma caldissimo. Il plasma è un gas in cui gli elettroni e i nuclei degli atomi sono separati e che rimane coeso grazie alla propria forza di gravità. L’emissione di energia che sostiene la stella viene generata dalle reazioni nucleari che avvengono nel nucleo, con la fusione dell’idrogeno in elio attraverso la catena protone-protone (e per le stelle più massicce, attraverso il ciclo carbonio-azoto-ossigeno, detto ciclo CNO) e poi con la fusione di elementi di più alto peso atomico. Le stelle sono rese stabili dalla pressione esercitata dall’energia liberata durante i processi di fusione, che compensano la spinta a collassare a causa della forza di gravità della stella stessa. In questo modo, la maggioranza delle stelle di massa simile o minore di quella del Sole rimane stabile per alcuni miliardi o perfino per decine di miliardi di anni.

Il collasso gravitazionale di gigantesche nubi molecolari fredde dà origine alle stelle. Quando la nube collassa, si frammenta in noccioli densi, le cui zone centrali diventano sempre più dense e calde. Oltre valori critici di temperatura e pressione, si innesca la fusione nucleare e nasce una stella. La stella giovane è inizialmente circondata da un disco proto-planetario di polvere e gas. Nel corso di milioni di anni, il disco si differenzia in pianeti e corpi minori.

Con un diametro equatoriale di circa 1,4 milioni di chilometri, il Sole, la stella più vicina alla Terra, è così grande che potrebbe contenere più di 1,3 milioni di Terre. Anche se la nostra stella ci appare enorme se confrontata al nostro pianeta, esistono nell’universo altre stelle molto più grandi. La supergigante VY Canis Majoris, per esem- pio, è la più grande stella conosciuta finora, con un diametro circa 1400 volte quello del Sole. Se la ponessimo al centro del Sistema Solare, la sua superficie si estenderebbe oltre l’orbita di Giove. D’altra parte ci sono anche stelle molto più piccole del Sole. La stella più vicina a noi, Proxima Centauri, è una nana rossa con un diametro di circa 200.000 chilometri, solo 16 volte il diametro della Terra.

Sebbene sia in apparenza uniforme, la superficie del Sole può essere cosparsa di macchie oscure. Queste macchie solari, o regioni caratterizzate da un forte campo magnetico, appaiono scure perchè sono più fredde del materiale circostante. Il Sole alterna fasi in cui produce molte macchie a fasi in cui ne produce poche, con un periodo di 11 anni. A volte il campo magnetico solare si attorciglia, raccoglie una notevole quantità di energia e poi la rilascia in un’esplosione di luce e particelle. Queste esplosioni sono chiamate brillamenti o eiezioni coronali di massa. Ma anche quando è calmo, il Sole lancia nello spazio ogni secondo circa 1,5 miliardi di chilogrammi di gas magnetizzato caldissimo. Questo vento solare fluisce liberamente nel Sistema solare e interagisce con i pianeti. Anche altre stelle producono brillamenti e venti stellari.

Le stelle possono avere temperature superficiali tra alcune migliaia e cinquantamila gradi Celsius. Le stel- le calde emettono gran parte della loro energia mediante irraggiamento nella regione blu e ultravioletta dello spettro elettromagnetico (cioè caratterizzate da piccole lunghezze d’onda), cosicché ci appaio- no azzurre. Le stelle più fredde invece appaiono rossicce, poiché irradiano la maggior parte della propria energia nelle zone rosse e infrarosse dello spettro elettromagnetico (cioè a lunghezze d’onda maggiori).

Lo spazio tra le stelle contiene piccole tracce di materiale sotto forma di gas, polvere e particelle di alta energia (i raggi cosmici). Questo materiale viene definito “mezzo interstellare” e può essere più o meno denso in zone diverse della galassia. In ogni caso, le regioni più dense del mezzo interstellare sono almeno mille volte meno dense del vuoto più spinto creato in laboratorio sulla Terra.

Le primissime stelle dell’universo, come mostrato da simulazioni numeriche, avevano vita breve, di solo qualche milione di anni. Le stelle piccole come il Sole, invece, hanno una vita media di circa 10 miliardi di anni. Le nane rosse, poco massicce, possono vivere anche alcune migliaia di miliardi di anni. Una stella di massa simile a quella del Sole evolverà in una gigante rossa, per poi espellere la maggioranza della propria massa nello spazio, riducendosi nella fase finale della propria vita a una nana bianca compatta, circondata da quella che viene definita una nebulosa planetaria. Una stella di massa pari ad almeno otto masse solari evolverà in una supergigante rossa prima di esplodere come supernova, lasciando come residuo una stella di neutroni, oppure un buco nero stellare.

Un buco nero è una regione dello spazio il cui campo gravitazionale estremo impedisce a qualsiasi cosa – persino alla luce – di sfuggire, una volta attraversato l’orizzonte degli eventi. L’orizzonte degli eventi è un confine che circonda il buco nero, la distanza a cui la velocità necessaria per sfuggire al campo gravitazionale è maggiore della velocità della luce. I modelli teorici prevedono che al centro di questa struttura ci sia una singolarità, in cui la densità di materia e la curvatura dello spazio-tempo tendono all’infinito. La massa dei buchi neri stellari è dell’ordine di alcune decine di masse solari, contenute in una regione dal raggio che dipende dalla massa e va da alcuni chilometri ad alcune decine di chilometri.

Escludendo l’idrogeno, gran parte dell’elio e una piccola quantità di litio, tutti gli elementi attualmente nell’universo sono stati prodotti all’interno delle stelle dalla fusione nucleare. Le stelle di piccola massa, come il Sole, producono gli elementi più leggeri, fino all’ossigeno, mentre le stelle massicce possono cre- are elementi più pesanti dell’ossigeno, fino al ferro. Gli elementi più pesanti del ferro, come per esempio l’oro e l’uranio, vengono creati durante le esplosioni di supernova ad alta energia e nelle collisioni tra stelle di neutroni. Quando muoiono, le stelle rilasciano gran parte della propria massa nel mezzo interstellare. Da questo materiale si formano nuove stelle, in un grande riciclo cosmico.

Gli elementi diversi dall’idrogeno, dall’elio e da una piccola quantità di litio furono creati all’interno delle stelle e rilasciati quindi nello spazio durante gli ultimi stadi della loro vita. Questa è l’origine della maggior parte degli elementi che costituiscono il nostro corpo, come per esempio il calcio nelle ossa, il ferro nel sangue, l’azoto nel DNA. Anche gli elementi che costituiscono gli altri animali, le piante e in generale la maggior parte di ciò che ci circonda sono stati prodotti dalle stelle miliardi di anni fa.