Nuovi dettagli sull'origine dei più pesanti elementi nel cosmo

In seguito al Big Bang, il giovane Universo era popolato quasi solamente dagli elementi più leggeri. Solo dopo le prime generazioni di stelle, il cosmo si è arricchito di elementi più pesanti, sintetizzati dalla fusione nucleare nei cuori delle stelle. Sull'origine degli elementi più pesanti di tutti, tra cui oro e piombo, ci sono sempre state accese discussioni; ora, un nuovo studio sembra identificare l'origine di questi elementi nelle rare collisioni tra stelle di neutroni.
La scoperta è stata consentita dall'analisi di Reticulum II, una galassia nana che vanta una distanza dalla Terra di soli 98 mila anni luce.

"Reticulum II possiede più stelle luminose di qualunque altra galassia nana ultra-fioca osservata finora," spiega Josh Simon del Carnegie. Ciò la rende un perfetto bersaglio per sondare la composizione chimica di popolazioni stellari extragalattiche, ovvero esterne alla nostra Via Lattea.

Queste galassie nane poco luminose sono i fossili dell'era delle prime generazioni stellari. Reticulum II fa parte della famiglia delle galassie satelliti in orbita attorno alla Via Lattea. Le loro composizioni chimiche particolarmente semplici possono far luce sui meccanismi stellari all'opera nel giovane Universo, tra cui la sintesi di elementi sempre più pesanti.

Gli elementi pesanti sono generalmente formati dallo scontro tra due nuclei atomici nel cuore di una stella. Tuttavia, gli elementi più pesanti dello zinco sono formati perlopiù dal processo noto come cattura neutronica, che consiste nell'acquisizione da parte di un elemento di ulteriori neutroni, uno alla volta. I neutroni vengono poi convertiti in protoni per stabilizzare il nucleo, creando così un nuovo elemento.

I neutroni possono essere catturati lentamente, come all'interno di una stella, oppure nel giro di secondi, come in un evento drammatico e violento quale una collisione stellare. Processi diversi producono elementi diversi.

Le analisi rivelano che sette delle nove più brillanti stelle in Reticulum II contengono molti più elementi originati da catture neutroniche rapide rispetto a qualunque altra galassia nana osservata finora.

"Queste stelle hanno fino a mille volte più elementi prodotti da cattura neutronica che qualunque altra stella osservata in galassie simili," spiega Alexander Ji del MIT.

L'abbondanza di questi elementi in Reticulum II suggerisce che essi siano stati prodotti da eventi celesti rari, il che scagionerebbe le supernove come possibili autori della loro produzione. Gli astronomi sospettano che i dati di Reticulum II siano la prova definitiva che le rare collisioni tra stelle di neutroni sono responsabili della produzione di questi elementi.

"Produrre elementi di cattura neutronica rapida in una fusione tra stelle di neutroni spiega queste osservazioni alla perfezione," commenta Anna Frebel del MIT.

Curiosamente, gli astronomi hanno riscontrato dati simili nelle più antiche popolazioni stellari della Via Lattea. Secondo la ricostruzione operata dagli scienziati, ciò indicherebbe che i processi di cattura neutronica avvengono in maniera simile sia nelle galassie nane che nelle galassie più vaste. Ciò suggerisce che gli elementi pesanti sulla Terra possano aver avuto origine in seguito a collisioni di stelle di neutroni, come nel caso di Reticulum II.

"Poiché questa galassia è così piccola, preserva le tracce di antichi eventi rari in maniera incredibilmente pulita," spiega Simon. "Siamo fortunati ad aver trovato una galassia così importante e così vicina a noi."

Image credits: Dark Energy Survey/Fermilab; Alexander Ji, Anna Frebel, Anirudh Chiti, and Josh Simon.