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Onde gravitazionali, fuoco nucleare, rocce e amore
Post n°2276 pubblicato il 04 Luglio 2019 da blogtecaolivelli
due nuovi attori che hanno preso parte alle nostre origini: gran parte degli elementi pesanti presenti nel sistema solare non derivano nelle esplosioni di supernova, ma dalla fusione di due stelle di neutroni avvenuta nelle vicinanze del nostro Sole
così penetrato nella nostra mente da rischiare di perdere parte della sua poesia. Sì, elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio presenti nell'ambiente terrestre sono stati forgiati da vari antichi cicli di vita di generazioni di stelle. Molte di queste fornaci cosmiche hanno espulso il loro contenuto nel vuoto, inquinando la nostra galassia con tracce dei nuclei atomici che chiamiamo ossigeno, carbonio, ferro e altro ancora. E nel corso degli eoni la gravità ha provocato la ricondensazione di questa materia interstellare. Come risultato, gli elementi sono stati separati, permettendo alla materia stellare di diventare straordinariamente concentrata, creando nuove stelle, pianeti, e gli ammassi di nuclei pesanti che costituiscono gli esseri umani e la loro assurda complessità. Tutto ciò è fantastico, ma ripetete la storia un gran numero di volte e comincerà a suonare un po' banale. Una parte della ragione è che la narrazione può diventare vaga - dal parlare in termini generali di generazioni precedenti di stelle ormai invisibili fino alle nostre ampie descrizioni della natura della materia interstellare. È un po' come quando un parente anziano vi racconta dell'albero genealogico della vostra famiglia fino alla quinta generazione. Ci può essere poco con cui identificarsi, anche se ci piacerebbe farlo. La storia diventa molto più interessante quando si guarda più da vicino. Per prima cosa, non tutti gli elementi sono prodotti allo stesso modo. Forse l'esempio più interessante è quello degli elementi del cosiddetto "processo r".
di alcuni elementi, ma per quella degli elementi più pesanti del ferro sono necessari processi ancora più energetici. (© Science Photo Library / AGF) Questi elementi hanno nuclei più pesanti del ferro e sono costruiti da un meccanismo chiamato cattura rapida dei neutroni. Come suggerisce il nome, c'è bisogno di qualcosa per catturare i neutroni, sotto forma di nuclei "seme", e c'è bisogno di un tremendo flusso di neutroni, che sia abbastanza veloce da andare a formare dei nuclei al di là di qualsiasi configurazione intermedia altamente instabile. Ma dove si trovano ambienti di questo tipo? Nel 2017 gli osservatori delle onde gravitazionali LIGO e Virgo hanno fatto scalpore rilevando la firma di una fusione di due stelle di neutroni. Due sfere di massa stellare di materiale nucleare hanno spiraleggiato una verso l'altra con un urlo di oscillazioni spazio-temporali di intensità crescente. A differenza della fusione di un buco nero binario, quell'evento ha prodotto una quantità prodigiosa di radiazioni elettromagnetiche nella cosiddetta kilonova (letteralmente, mille volte l'emissione di una normale stella nova). Lo studio telescopico della kilonova ha fornito un sostegno convincente all'idea che la fusone di stelle di neutroni rappresenti un paradiso per il processo r. Ciò suggerisce che questi eventi cataclismatici giochino un ruolo importante nel rifornire il nostro paesaggio galattico di alcuni degli elementi più pesanti. Dall'oro, platino e iridio al torio e all'uranio, fino a elementi di breve durata come il plutonio. Ora, una nuova ricerca di Bartos e Marka, pubblicata nei giorni scorsi su "Nature", offre una visione creativa e piuttosto sorprendente delle origini degli elementi del processo r nel nostro sistema solare. I ricercatori hanno combinato due analisi chiave. Una quella dei dati sui meteoriti che conservano le prove del mix di elementi nel nostro sistema solare in formazione, circa 4,6 miliardi di anni fa. L'altra è un ingegnoso modello statistico della storia delle fusioni di stelle di neutroni della galassia. La ricerca indica che all'alba della nostra storia cosmica locale si è verificata una collisione di stelle di neutroni molto vicina. Tracce di questo evento unico sembrano essere presenti nei dettagli dei radioisotopi dovuti al processo r che hanno irrorato il nostro sistema in formazione dopo la collisione delle stelle di neutroni. Raggiungere questa conclusione richiede una certa flessibilità mentale e un duro lavoro. Le fusioni di stelle di neutroni sono cosmicamente rare nella Via Lattea, variando tra uno e cento eventi per milione di anni in tutta la sua estensione. Alcuni elementi del processo r, come gli attinidi ( tra cui curio-247, plutonio-244 e iodio-129), hanno emivite relativamente brevi, nell'ordine delle decine di milioni di anni, ma hanno lasciato tracce specifiche nel materiale meteoritico dell'antico sistema solare, che ci permettono di misurare le loro abbondanze originali. Quindi, la quantità di questi elementi che esisteva durante la finestra di tempo in cui si stava formando il nostro sistema solare offre uno strumento per valutare non solo l'epoca in cui sono stati forgiati quegli elementi, ma anche la distanza a cui doveva trovarsi quella fucina. Costruendo una simulazione delle fusioni di stelle di neutroni nella nostra galassia, nel corso della sua storia fino alla formazione del nostro sistema solare (nei circa 9 miliardi di anni di esistenza della Via Lattea), Bartos e Marka hanno potuto esaminare quali scenari potrebbero aver prodotto la miscela di attinidi ricavata dalle analisi meteoritiche.
gravitazionali da parte di LIGO, in primo piano a destra (Science Photo Library / AGF) sola kilonova prodotta da una fusione di stelle di neutroni che si darebbe verificata entro 80 milioni di anni (più o meno 40) dalla formazione del sistema solare e a circa mille anni luce di distanza. I ricercatori stimano che un evento di kilonova così vicino avrebbe occultato tutto il cielo notturno per oltre un giorno. Quattro miliardi e mezzo di anni fa, quando gli elementi appena generati dalla fusione furono proiettati all'esterno e si diffusero nello spazio interstellare, circa 10^20 chilogrammi di essi finirono per depositarsi nel nostro giovane sistema. Da lì si può capire quanta parte del deposito terrestre di elementi del processo r proveniva da quell'unico evento. Per esempio, l'equivalente di un ciglio circa dello iodio nel vostro corpo sarà arrivato da quelle stelle di neutroni. Un'automobile Tesla Model 3 contiene un totale di circa 5 grammi dei nuclei generati da questa specifica fusione di stelle di neutroni. Un moderno reattore a fissione, che usa uranio arricchito, conterrà circa 200 chilogrammi di materiale che è stato prodotto in quell'unica esplosione cosmica. Cosa significativa, lo studio sembra anche escludere che fra i produttori primari di elementi di processo r in tutta la galassia vi siano stati eventi come le supernove a collasso nucleare, legate all'implosione di stelle massicce. Quegli eventi, che si verificano centinaia o addirittura migliaia di volte più frequentemente delle fusioni di stelle di neutroni, non sembrano corrispondere ai dati. Nel complesso, sembra che possiamo aggiornare il racconto delle nostre origini dalla "polvere di stelle". Non solo siamo in debito con una fisica ancora più esotica ed estrema di quanto forse immaginassimo, ma ora dobbiamo collocare sull'albero genealogico due membri molto specifici della nostra tribù ancestrale: una coppia di stelle di neutroni amanti, il cui abbraccio è stato letteralmente infuocato. della Columbia University. E' autore e coautore di oltre 100 articoli di ricerca in astronomia e astrofisica. Nel 2012 ha vinto il premio Chambliss dell'AAS. Per "Le Scienze" ha scritto L'universo in scala, (In) significanza cosmica, La generosità dei buchi neri. ------------------------- "Scientific American" il 1° maggio 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.) |
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