Questo articolo è una breve aggiunta a quello dedicato all'ipotetica popolazione primigenia delle quasi-stelle.

Le quasi-stelle sono ancora solo ipotetiche, ma per comprendere meglio la loro possibile esistenza ritengo utile descrivere in modo molto sintetico il ciclo CNO, quello capace di produrre energia a partire dall'idrogeno e arrivare all'elio, facendo però uso di elementi pesanti (carbonio, azoto e ossigeno). Un processo questo che è tipico delle stelle di grande massa, capaci di portare il nucleo interno della stella nascente fino a temperature sufficientemente alte.

Quante volte abbiamo paragonato le stelle agli esseri viventi? Potrebbe sembrare un paragone eccessivo e -al limite- poetico. Tuttavia, resta il fatto che le stelle nascono praticamente da un uovo, arrivano alla  maturazione (che consiste nella capacità di produrre energia capace di contrastare la forza di gravità della materia che cerca di concentrarsi), si liberano del "guscio" e iniziano la loro vita in "società", ossia si inseriscono nel diagramma HR.

Come gli esseri viventi anch'esse lavorano incessantemente continuando a fornire energia, dato che quella prodotta dal nucleo, in cui avvengono le reazioni nucleari, è più che sufficiente a mantenere l'equilibrio con la gravità e può essere regalata al Cosmo. Poi iniziano la loro vecchiaia, più o meno interessata da periodi di instabilità, fino a che muoiono, regalando tutte se stesse per le prossime generazioni e per permettere il formarsi di catene del carbonio che riescono ad arrivare fino alla formazione delle cellule viventi. Una magnifica favola che, dedicata com'é al bene altrui, non conosce egoismo e rende la loro fine serena anche se, spesso, estremamente fantasmagorica. Ricordiamo le nebulose planetarie delle stelle di dimensione solare e le supernove delle giganti. Non vado oltre se non richiamando il fatto che spesso e volentieri anche loro fanno vita di coppia con i conseguenti alti e bassi di umore.

Nella formazione delle cellule il corpo umano o  di un qualsiasi essere vivente è sempre necessario l'aiuto di un "qualcosa" che aiuti le reazioni biologiche, permettendo uno svolgimento in tempi enormemente abbreviati rispetto alla pura reazione. Questo "qualcosa" sono gli enzimi, che possono essere definiti come segue:

Gli enzimi sono proteine prodotte nelle cellule degli esseri viventi, che agiscono come catalizzatori accelerando le reazioni biologiche. Avvenuta la reazione, il prodotto viene allontanato dall'enzima, che rimane disponibile per iniziarne una nuova. L'enzima infatti non viene consumato durante la reazione.

Bene, anche nelle stelle succede qualcosa di molto simile. Potremmo dire, in modo molto "umanizzato"  che nelle stelle più piccole non c'è particolare fretta, dato che la vita  raggiunge facilmente i miliardi di anni e anche molti di più, mentre, quando le stelle superano certe dimensioni, la loro vita diventa sempre più corta e il lavoro da compiere aumenta. Nel primo caso potremmo dire che si può fare fa addirittura a meno degli enzimi (basta violare certe regole apparentemente inviolabili, attraverso i meccanismi "incomprensibili" della meccanica quantistica), nel secondo è necessario "sveltire" il tutto.

In realtà, ciò che determina un certo tipo di reazione è la temperatura che si raggiunge nel nucleo e non il tempo necessario al processo. Se la temperatura è sufficientemente alta, si innesca il ciclo CNO e l'energia prodotta cresce molto più rapidamente al crescere della temperatura, come mostra la figura che segue:

Ben vengano, perciò, degli enzimi stellari che altro non sono che alcuni elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio. Elementi, però, che non sono stati forniti direttamente dal Big Bang, ma sono stati costruiti proprio dalle stelle più grandi. Un gatto che si morde la coda? In qualche modo sì. Ne segue che gli "enzimi" stellari possono essere usati solo dopo la prima generazione stellare, ossia dopo che sono stati prodotti. Questi " enzimi" non sono altri che il carbonio, l'azoto e l'ossigeno (CNO) ed essi fungono da catalizzatori in quanto, anche prendendo parte alla reazione, alla fine vengono restituiti inalterati per essere utilizzati in un nuovo ciclo.

Vediamo, perciò, da vicino cosa avviene durante questo processo, apparentemente più laborioso di quello protone-protone classico (da quattro atomi di idrogeno si ottiene un atomo di elio), ma capace di un'efficienza maggiore nella produzione di energia.

¹²₆C + ¹₁H → ¹³₇N + γ + 1,95 MeV

¹³₇N → ¹³₆C + e⁺ + ν_e + 1,37 MeV

¹³₆C + ¹₁H → ¹⁴₇N + γ + 7,54 MeV

¹⁴7N + ¹₁H → ¹⁵₈O + γ + 7,35 MeV

¹⁵₈O → ¹⁵₇N + e⁺ + ν_e + 1,86 MeV

¹⁵₇N + ¹₁H → ¹²₆C + ⁴₂He + 4,96 MeV

Si può notare come durante la reazione vengono utilizzati 4 protoni (nuclei dell'idrogeno), mentre il catalizzatore ¹²₆C, dopo varie trasformazioni, ritorna utilizzabile per il ciclo successivo, dopo la formazione dell'atomo di elio.  Quanto descritto vale in generale, ma sono anche ammesse reazioni supplementari durante il ciclo, tipiche delle stelle più massicce, che é inutile descrivere con dettagli troppo tecnici, ma che utilizzano sia l'azoto che l'ossigeno come catalizzatori di reazioni aggiuntive.

Ci basta comprendere come, sotto queste condizioni, possano formarsi le quasi-stelle. Esse raggiungono decisamente temperature che potrebbero innescare la reazione CNO. Purtroppo, però, mancano i catalizzatori, non essendosi ancora formati. Oltre alla temperatura, però, aumenta anche la densità del nucleo più interno fino a che il nucleo raggiunge dimensioni minori del proprio orizzonte degli eventi. A questo punto, l'energia liberata dalla caduta di materia verso il nucleo degenere riesce a controbilanciare la massa degli strati esterni, ma questi sono talmente massicci che non vengono espulsi come nelle supernove ma restano a disposizione per il "banchetto" del buco nero che cresce in modo rapido e continuativo.

Non ci resta che aspettare Webb e sperare che la sua vista infrarossa sia all'altezza della situazione...