Dalla collisione tra stelle di neutroni l’identificazione di un elemento pesante
Per la prima volta, un elemento pesante appena prodotto, lo stronzio, è stato rilevato nello spazio, a seguito della fusione di due stelle di neutroni. Questa scoperta è stata realizzata grazie allo spettrografo X-Shooter dell’ESO montato sul VLT (Very Large Telescope).
La descrizione della scoperta è stata pubblicata sulla rivista Nature.
Il rilevamento conferma che gli elementi più pesanti nell’Universo possono formarsi nella fusione di stelle di neutroni, fornendo un pezzo mancante del puzzle della formazione degli elementi chimici.
Nel 2017, in seguito al rilevamento di onde gravitazionali che hanno raggiunto la Terra, l’ESO ha puntato i suoi telescopi cileni, incluso il VLT verso la sorgente: l’evento dovuto alla fusione di stelle di neutroni che prende il nome di GW170817. Gli astronomi sospettavano che, se gli elementi più pesanti si fossero formati dalle collisioni di stelle di neutroni, le impronte di quegli elementi potevano essere rilevate nelle chilonovae, le conseguenze esplosive delle fusioni. Questo è ciò che ha fatto un’equipe di ricercatori europei, utilizzando i dati dello strumento X-shooter, installato sul VLT dell’ESO.
Dopo l’evento GW170817, la compagine di telescopi dell’ESO ha iniziato a monitorare l’esplosione di chilonova emergente dalla fusione, su una vasta gamma di lunghezze d’onda. X-shooter in particolare ha preso una serie di spettri dall’ultravioletto al vicino infrarosso. L’analisi iniziale di questi spettri ha suggerito la presenza di elementi pesanti nella chilonova, ma gli astronomi finora non erano stati in grado di individuare i singoli elementi.
“Rianalizzando i dati della fusione del 2017, abbiamo ora identificato in questa palla di fuoco la firma di un elemento pesante, lo stronzio, che dimostra che è la collisione delle stelle di neutroni a creare questo elemento nell’Universo“, afferma l’autore principale dello studio, Darach Watson dal Università di Copenaghen in Danimarca. Sulla Terra, lo stronzio si trova naturalmente nel terreno ed è concentrato in alcuni minerali. I suoi sali sono usati per dare ai fuochi d’artificio un colore rosso brillante.
Gli astronomi conoscono i processi fisici che creano gli elementi fin dagli anni ’50 del secolo scorso. Nel corso dei decenni successivi hanno scoperto i siti cosmici di ognuna di queste principali forge nucleari, tranne una. “Questa è la fase finale di una ricerca decennale per definire l’origine degli elementi“, afferma Watson. “Ora sappiamo che i processi che hanno creato gli elementi sono avvenuti principalmente nelle stelle ordinarie, nelle esplosioni di supernova o negli strati esterni di stelle vecchie. Ma, fino ad ora, non conoscevamo la posizione dell’ultimo processo da scoprire, noto come processo di cattura rapida di neutroni, che ha creato gli elementi più pesanti nella tavola periodica.
La cattura rapida dei neutroni è un processo in cui un nucleo atomico cattura i neutroni abbastanza rapidamente da consentire la creazione di elementi molto pesanti. Sebbene molti elementi siano prodotti nei nuclei delle stelle, la creazione di elementi più pesanti del ferro, come lo stronzio, richiede ambienti ancora più caldi con molti neutroni liberi. La cattura rapida dei neutroni si verifica naturalmente solo in ambienti estremi in cui gli atomi sono bombardati da un gran numero di neutroni.
“Questa è la prima volta in cui possiamo associare direttamente con la fusione delle stelle di neutroni il materiale appena creato, formato tramite il processo di cattura di neutroni, confermando che le stelle di neutroni sono proprio fatte di neutroni e legando a queste fusioni il processo di cattura rapida dei neutroni, a lungo dibattuto“, afferma Camilla Juul Hansen del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, che ha svolto un ruolo importante nello studio.
Solo ora gli scienziati stanno iniziando a comprendere meglio la fusione delle stelle di neutroni e le chilonovae. A causa della nostra ancora limitata comprensione di questi nuovi fenomeni e di altre complessità negli spettri dell’esplosione presi dallo strumento X-shooter montato sul VLT, gli astronomi non erano stati in grado finora di identificarvi singoli elementi.
“In realtà, l’idea che avremmo potuto vedere lo stronzio ci è venuta abbastanza presto, dopo l’evento. Tuttavia, dimostrare che ciò era realmente il caso si è rivelato molto difficile. La difficoltà era dovuta alla nostra conoscenza altamente incompleta dell’aspetto spettrale degli elementi più pesanti della tavola periodica“, afferma Jonatan Selsing, ricercatore dell’Università di Copenaghen, un altro autore fondamentale dell’articolo.
L’evento di fusione GW170817 è stato il quinto evento di onde gravitazionali, osservato grazie a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), negli Stati Uniti e a Virgo (Interferometro Virgo) in Italia. Questa fusione, avvenuta nella galassia NGC 4993, è stata la prima, e finora l’unica, sorgente di onde gravitazionali per cui sia stata rivelata la controparte visibile da telescopi sulla Terra.
Con gli sforzi combinati di LIGO, Virgo e VLT è stata raggiunta la più chiara comprensione del funzionamento interno delle stelle di neutroni e delle loro fusioni esplosive.
Testo immagini e video disponibili su:
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Testo e fonti: sito web www.eso.org
