L’origine cosmica degli elementi chimici in un’immagine

Ci sono ancora dei punti che non tornano, ma sicuramente abbiamo fatto tantissima strada nell’ultimo mezzo secolo, scoprendo sempre piu` riguardo l’origine cosmica degli elementi.

Ho parlato spessissimo dell’origine cosmica degli elementi nelle stelle. Si tratta di una materia molto complessa, a cui ho dedicato gli ultimi 10 anni di lavoro, che per essere digerita necessita ogni tanto di fermarsi per mettere insieme tutti i pezzi di questo enorme puzzle. Una storia che si perde nel tempo, raccontando come da una materia composta dai soli idrogeno, elio e litio, nata dai primi minuti dopo il Big Bang, siamo giunti alle svariate decine di elementi chimici che osserviamo oggi in natura, con le rispettive centinaia di isotopi!

E forse la figura qui presentata ci puo’ aiutare. Ogni piccolo riquadro si riferisce a uno specifico elemento chimico, presentando sull’asse verticale la sua abbondanza relativa al Sole in funzione del tempo, espresso in miliardi di anni (da 0 all’eta’ attuale dell’Universo, ovvero 13.8 ) sull’asse orizzontale. Le linee tratteggiate in ogni piccolo riquadro individuano l’attuale abbondanza di ogni elemento osservata nel sistema solare al momento della sua nascita.

Non solo supernovae!

In piu’, sono presentati i contributi dati a ogni elemento da diverse sorgenti stellari, indicate da colori diversi. Ad esempio, elementi come ossigeno (incluso quello che state respirando ora!), neon, sodio e magnesio presentano molto blu, a indicare la loro origine predominante nelle supernovae da stelle massicce. Altri elementi, invece, come azoto (anche in questo caso… lo state respirando a pieni polmoni ), bario, lantanio e piombo sono stati formati soprattutto nelle stelle AGB, ovvero le fasi finali della vita di stelle di massa piccola/intermedia, soprattutto di appena due o tre volte la massa del Sole, che quindi MAI esploderanno come supernovae. A questo proposito, ATTENZIONE!! Come appena detto queste stelle di piccola massa producono molti elementi piu’ pesanti del ferro (circa la meta’!). Quindi, quando sentite dire in giro che tutti gli elementi piu’ pesanti del ferro sono stati prodotti dalle supenovae, sappiate che e’ un’assoluta sciocchezza.

Abbiamo poi elementi come manganese, ferro e nickel, forgiati soprattutto dall’esplosione di nane bianche in sistemi binari come supernovae Ia. E sempre dall’esplosione di sistemi binari, ma stavolta di due stelle di neutroni, abbiamo la formazione di antimonio e oro. Infine, balzano all’occhio i tre elementi di origine cosmologica, ovvero formati nella loro quasi totalita’ dalla nucleosintesi primordiale qualche minuto dopo il Big Bang, ovvero idrogeno, elio e litio.

Un quadro completo?

No, ci sono ancora dei punti che non tornano, ma sicuramente abbiamo fatto tantissima strada nell’ultimo mezzo secolo, scoprendo sempre piu’ riguardo l’origine degli elementi chimici nelle stelle. Gli interrogativi sono ancora molti, giusto un paio di esempi sono gia’ visibili nell’immagine: i modelli attuali sembrano prevedere un’abbondanza di argento circa 6 volte maggiore rispetto a quanto osservato, mentre l’oro risulta 5 volte piu’ abbondante rispetto alle previsioni. Tutti interrogativi su cui si sta lavorando

Fonti:

Chiaki Kobayashi, Amanda Karakas e Maria Lugaro, 2020 ApJ 900 179 https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abae65/meta