Equazioni di stato della materia in Astrofisica

Nello studio di un sistema termodinamico, la condizione di equilibrio rappresenta un caso speciale: quando questa condizione è soddisfatta, le grandezze termodinamiche che descrivono il sistema "si parlano" mediante una (o più) relazioni chiamate equazioni di stato (EdS). Una delle sette equazioni fondamentali di ogni modello stellare è proprio una EdS, che esplicita il comportamento della pressione interna alla stella in ogni sua regione. Per comprendere quanto sia importante questa informazione, si pensi al fatto che ogni fase evolutiva di una stella dipende in modo profondo dalla presenza o assenza di equilibrio tra pressione stellare interna e pressione di autogravità della stella. Lo studio dell’EdS in un interno stellare deve avvenire nel contesto dello stato di materia del plasma, e deve continuamente affacciarsi alle condizioni imposte dai princìpi della Meccanica Quantistica e dalle implicazioni della Relatività Ristretta. Queste condizioni pongono delle vere e proprie "linee di confine" tra diversi regimi di comportamento del gas stellare; il passaggio da un regime ad un altro modifica l’entità e la sensibilità della pressione interna alle variazioni delle grandezze termodinamiche (temperatura e densità), con conseguenze dirette sull’equilibrio dell’intera stella. Verrà quindi affrontato il problema di determinare le EdS necessarie alla completa descrizione della materia all’interno di una stella, partendo dai fondamenti teorici della termodinamica statistica. Si vedrà inoltre che le EdS non si limitano al solo studio di una stella in sequenza principale, bensì hanno una notevole potenza applicativa per oggetti compatti che sono stadi evolutivi successivi alla sequenza principale, come le nane bianche.