L’Universo primordiale era formato da idrogeno, elio e una scarsa quantità di litio: questi elementi, i più leggeri della tavola periodica, risalgono ai primi minuti della storia cosmica. In seguito, gli elementi più pesanti, tra cui il ferro, sono stati forgiati all’interno delle stelle. E quelli ancora più pesanti, come l’oro?
Fino a qualche anno fa, si raccontava che l’oro dei nostri preziosi era stato forgiato nelle supernove, poi è sembrato che l’energia di queste esplosioni stellari non fosse ancora sufficiente e sono state invocate le fusioni tra stelle di neutroni rivelate dalle onde gravitazionali. Ma queste fusioni avvengono troppo tardi nella cronologia cosmica per spiegare la presenza dell’oro e di altri elementi pesanti già nelle ere più antiche dell’Universo.
Scavando negli archivi
Ora uno studio condotto da Anirudh Patel, dottorando alla Columbia University di New York ha trovato altri responsabili di queste produzioni: i brillamenti giganti delle magnetar, le stelle di neutroni altamente magnetizzate.
Patel ha utilizzato dati d’archivio fa provenienti dai telescopi della Nasa e dell’Esa, l’Agenzia spaziale europea. Il risultato è che le gigantesche esplosioni delle magnetar potrebbero contribuire fino al dieci per cento dell’abbondanza totale di elementi più pesanti del ferro nella Via Lattea. Poiché le magnetar sono apparse relativamente presto nella storia dell’Universo, i primi nuclei di oro potrebbero essere stati prodotti proprio così.
Ma come si produce l’oro in una magnetar? Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati di stelle esplose, così dense che un cucchiaino della loro materia peserebbe un miliardo di tonnellate. E una magnetar è una stella di neutroni con un campo magnetico estremamente potente, in grado di produrre brillamenti giganti, con il rilascio di enormi quantità di radiazioni ad alta energia, in occasione di “terremoti stellari” (starquake) che fratturano la crosta della stella di neutroni. Finora solo tre brillamenti giganti di magnetar sono stati osservati nella Via Lattea e nella vicina Grande Nube di Magellano, e sette in galassie esterne.
La formazione di elementi pesanti avverrebbe attraverso il cosiddetto Processo r (“rapido”), che mediante la cattura di neutroni trasforma i nuclei atomici più leggeri in nuclei più pesanti. Quando la cattura fa diventare instabile il nucleo, si verifica un processo di decadimento nucleare che converte un neutrone in un protone, così cambia l’identità dell’elemento, che avanza di una casella nella tavola periodica.
In una stella di neutroni scossa da uno starquake l’elevata densità dei neutroni fa sì che singoli nuclei atomici possono catturare così tanti neutroni da subire decadimenti multipli, portando alla creazione di elementi molto più pesanti, fino a riempire tutta la tavola degli elementi.
I brillamenti delle magnetar possono poi riscaldare ed espellere materia dalla crosta delle stelle di neutroni ad alta velocità, disperdendo questi elementi nell’Universo.
In attesa di Cosi
La futura missione Cosi (Compton Spectrometer and Imager) della Nasa, un telescopio a raggi gamma con un grande campo di vista, potrà dare seguito a questi risultati. La missione, il cui lancio è previsto per il 2027, studierà fenomeni energetici nel cosmo, tra cui i brillamenti delle magnetar, e potrà identificare i singoli elementi creati in questi eventi, fornendo un ulteriore passo avanti nella comprensione dell’origine degli elementi più pesanti.
Nella figura di apertura, illustrazione artistica del brillamento gigante di una magnetar, con le linee di campo magnetico indicate in verde.
