ULTIM’ORA: L’origine dell’oro (e non solo) nella nostra galassia dalla violenta morte delle prime stelle!

Non solo stelle AGB e fusione di stelle di neutroni, anche la morte esplosiva delle prime stelle come hypernovae ha contribuito ad arricchire l’Universo in elementi piu’ pesanti del ferro.

1952

Paul W. Merrill osserva per la prima volta la presenza di tecnezio, elemento instabile e piu’ pesante del ferro, sulla superficie di R Andromedae: stella molto vecchia, classificata come “stella AGB”, e di massa pari a circa due volte quella del Sole. Dato che il tempo di decadimento degli isotopi piu’ stabili del tecnezio e’ dell’ordine dei 4 milioni di anni, ovvero un tempo scala piu’ di mille volte inferiore alla vita media di tali stelle, esso non poteva far parte della composizione iniziale della nube da cui si formo’ R Andromedae , bensi’ DOVEVA essere stato formato in loco attraverso le reazioni nucleari al suo interno. Fu la prima robusta prova osservativa che dimostro’ come stelle di massa di poco superiore a quella del Sole, che non esplodono come supernovae, diventino in eta’ avanzata delle efficienti fucine di elementi piu’ pesanti del ferro, che andranno poi a spargere nel mezzo interstellare tramite la loro forte perdita di massa, arricchendo cosi’ di nuovi elementi pesanti (come zirconio, palladio, bario e molti altri) la nostra Galassia.

2017

I rivelatori di onde gravitazionali LIGO e VIRGO captano il segnale di onde gravitazionali GW170817, che viene presto associato a una kilonova causata dalla fusione di due stelle di neutroni nella galassia NGC 4993. Viene prontamente raccolta la controparte luminosa di tale evento, registrandone lo spettro. In esso, vengono notate delle caratteristiche consistenti col decadimento di elementi piu’ pesanti del ferro nella forma di isotopi altamente instabili, appena formati durante l’esplosione. Due anni piu’ tardi, nel 2019, verra’ confermata con certezza la presenza della linea di assorbimento dello stronzio nello spettro della kilonova, dimostrando osservativamente come le fusioni di stelle di neutroni siano un’ulteriore, importate, sorgente di elementi piu’ pesanti del ferro nella nostra Galassia.

Si e’ cosi provato a fare due conti, simulando tramite sofisticati calcoli al computer l’evoluzione chimica della Via Lattea, partendo dalla sua composizione primordiale e priva di elementi pesanti alla nascita fino ad arrivare ai giorni nostri, con l’obiettivo di riprodurre l’abbondanza di elementi piu’ pesanti del ferro che oggi osserviamo. Ebbene il contributo delle stelle AGB e delle fusioni di stelle di neutroni lungo tutta la storia dell’universo sembrava non bastare, come se mancasse un’ulteriore sorgente all’appello, precisamente durante il primo miliardo di anni di vita della nostra Galassia. Ed e’ cosi’ che arriviamo al presente, piu’ precisamente a ieri…

2021

Il 7 Luglio la rivista Nature pubblica un’importante scoperta. Un team di ricercatori, soprattutto dell’Universita’ di Canberra (Australia), ha misurato tramite analisi spettroscopica le abbondanze chimiche sulla superficie di una delle stelle piu’ vecchie e povere di metalli conosciute: SMSS J200322.54−114203, nella costellazione dell’Aquila. Tale stella si formo’ appena dopo la primissima generazione di stelle, e ha conservato, quasi come fosse un fossile per un archeologo, la composizione chimica di quel tempo cosi’ remoto. I ricercatori hanno cosi’ paragonato le abbondanze chimiche osservate con quelle ottenute da simulazioni numeriche di stelle molto massicce e con una composizione iniziale tipica dell’Universo primordiale, ovvero molto povere di metalli. Questo fatto fa si che la radiazione generata da queste stelle scappi molto facilmente senza interagire troppo con i loro strati esterni, che risultano relativamente trasparenti, esercitando quindi solo una pressione relativamente piccola verso l’esterno. Per questo motivo, tali stelle primordiali, oltre che molto massicce, dovevano essere anche molto compatte, raccolte in se stesse come delle ballerine sul ghiaccio, e come delle ballerine dovevano roteare vorticosamente su se stesse, soprattutto durante il collasso nelle fasi finali della loro esistenza. Tale forte rotazione, unita al forte campo ,magnetico, ha causato la loro morte tramite un’esplosione nota come “hypernova”, che ha generato le condizioni ideali per la sintesi di grandi quantita’ di elementi piu’ pesanti del ferro, come l’oro. In particolare, le abbondanze chimiche, ottenute tramite le simulazioni al computer della vita di una stella primordiale di 25 masse solari, combaciano in modo perfetto con quelle osservate su SMSS J200322.54−114203, indicando come tale stella si sia formata dalle ceneri dell’esplosione di una stella vissuta nella primissima generazione stellare e poi morta come hypernova.

Figli di una storia di grandiosi eventi cosmici…

In sostanza, ogni volta che prendete in mano un orologio, una catenina, un anello d’oro… molto probabilmente state toccando le scorie di una immane esplosione che miliardi di anni fa segno’ la fine della vita di due stelle di neutroni a seguito della loro violenta fusione, oppure di quella di una stella decine di volte piu’ massiccia del Sole vissuta all’alba del cosmo e poi morta come hypervova. Le ceneri di ambo gli eventi fornirono circa meta’ dell’inventario degli elementi chimici pesanti da cui si formo’ il nostro Sistema Solare. Se poi il vostro articolo di gioielleria e’ ulteriormente impreziosito da uno zircone (ricco di zirconio, come il nome lascia intendere)… allora molto probabilmente state contemplando anche il testamento di quella che fu una stella di massa piccola/intermedia, comparabile al nostro Sole. Siamo davvero il risutato di tutti questi grandiosi eventi, che si perdono nello spazio e nel tempo!

Fonti:

Yong et al.; Nature, Vol 595, 8 Luglio 2021