Gli elementi chimici pesanti possono nascere dalla collisione tra stelle di neutroni

Il più recente tassello di decenni di studi volti a stabilire l'origine dei vari elementi della tavola periodica è stato rintracciato nei resti di uno degli "scontri" celesti più studiati di sempre: la collisione tra due stelle di neutroni annunciata dal segnale di onde gravitazionali GW170817. Nella stella effimera e luminosissima creata dall'evento - una kilonova - gli scienziati dell'ESO hanno rinvenuto la firma spettrale di un elemento appena formato, lo stronzio (Sr).

Come si legge sullo studio pubblicato su Nature, la scoperta conferma che gli elementi più pesanti possono nascere, naturalmente, negli ambienti estremi creati dalla fusione tra stelle di neutroni.

Sorvegliato speciale. L'evento di coalescenza GW170817, individuato nel 2017 nella galassia NGC 4993 grazie alla collaborazione degli interferometri di LIGO e VIRGO, è stato il primo, e finora l'unico, annunciato da onde gravitazionali e poi confermato nelle varie regioni dello spettro elettromagnetico: ne abbiamo individuato i lampi gamma, lo abbiamo osservato nella luce visibile, all'infrarosso, negli ultravioletti, ai raggi X, fino a captarne le onde radio.

I telescopi dell'ESO e in particolare quelli del Very Large Telescope, in Cile, hanno analizzato lo spettro della kilonova dall'ultravioletto al vicino infrarosso, sfruttando lo spettroscopio X-shooter. Le prime osservazioni hanno da subito riconosciuto i segnali di elementi pesanti: finora però non era stato possibile capire con precisione di quali.

Segnale inequivocabile. Rianalizzando i dati del 2017, una collaborazione internazionale di scienziati coordinati da Darach Watson, dell'Università di Copenhagen, in Danimarca, ha ora riconosciuto la firma spettrale di uno degli elementi pesanti nati in questo calderone cosmico, lo stronzio, che sulla Terra si trova naturalmente nel suolo o concentrato in alcuni minerali (oltre che nei fuochi d'artificio: è l'ingrediente del mix responsabile del colore rosso brillante).

«Sappiamo che i processi che hanno creato gli elementi sono avvenuti soprattutto nelle stelle ordinarie, nelle esplosioni di supernove e negli strati più esterni delle stelle antiche» spiega Watson. «Finora, tuttavia, non eravamo riusciti a localizzare il processo finale, la cattura rapida di neutroni, all'origine degli elementi più pesanti della tavola periodica».

Il pezzo che mancava. La cattura rapida di neutroni è quel processo nel quale i nuclei atomici fagocitano neutroni abbastanza rapidamente da permettere la formazione di elementi pesanti. Essa avviene naturalmente negli ambienti estremi e più caldi in cui gli atomi sono bombardati da un alto numero di elettroni liberi. «È la prima volta che possiamo associare direttamente il materiale appena formato attraverso la cattura di neutroni a una collisione tra stelle di neutroni, confermare che le stelle di neutroni sono fatte di neutroni e legare un processo a lungo dibattuto a questi eventi di coalescenza» commenta Camilla Juul Hansen, del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg (Germania).

La comprensione finora limitata di questi fenomeni celesti, insieme alla complessità spettrale degli elementi pesanti della tavola periodica, hanno reso particolarmente arduo provare l'intuizione iniziale e risalire nello specifico allo stronzio.