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Come L’Universo Crea L’oro

Le stelle di neutroni in collisione ci mostrano come l’Universo crea l’oro

Gli scienziati sono stati in grado di mettere insieme da dove provengono molti degli elementi della tavola periodica. Il Big Bang ha creato l’idrogeno , l’elemento più leggero e più abbondante.

Mentre le stelle brillano, fondono l’idrogeno in elementi più pesanti come carbonio e ossigeno, gli elementi della vita. Negli ultimi anni, le stelle creano i metalli comuni – alluminio e ferro – e li esplodono nello spazio in diversi tipi di esplosioni di supernova .

Per decenni, gli scienziati hanno teorizzato che queste esplosioni stellari hanno anche spiegato l’origine degli elementi più pesanti e rari, come l’oro. Ma mancava un pezzo della storia.

Si basa sull’oggetto lasciato alle spalle dalla morte di una stella massiccia: una stella di neutroni. Le stelle di neutroni racchiudono una volta e mezzo la massa del sole in una palla di soli 30 km di diametro. Un cucchiaino di materiale dalla loro superficie peserebbe 10 milioni di tonnellate.

Molte stelle nell’Universo sono in sistemi binari – due stelle legate dalla gravità e in orbita l’una attorno all’altra. Una coppia di stelle massicce potrebbe eventualmente finire la loro vita come una coppia di stelle di neutroni.

Le stelle di neutroni si orbitano a vicenda per centinaia di milioni di anni. Ma Einstein afferma che la loro danza non può durare per sempre. Alla fine, devono scontrarsi.

La mattina del 17 agosto 2017, un’ondulazione nello spazio è passata attraverso il nostro pianeta. È stato rilevato dai rilevatori di onde gravitazionali LIGO e Virgo.

Questo disturbo cosmico proviene da una coppia di stelle di neutroni delle dimensioni di una città che si scontrano a un terzo della velocità della luce.

L’ energia di questa collisione ha superato qualsiasi laboratorio di distruzione di atomi sulla Terra.

Telescopi grandi e piccoli scrutavano la macchia di cielo da dove provenivano le onde gravitazionali.

Dodici ore dopo, tre telescopi hanno visto una nuova stella – chiamata kilonova – in una galassia chiamata NGC 4993, a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra.

Gli astronomi avevano catturato la luce dal fuoco cosmico delle stelle di neutroni in collisione. Era giunto il momento di puntare i telescopi più grandi e migliori del mondo verso la nuova stella per vedere la luce visibile e infrarossa dalle conseguenze della collisione.

Proprio come le braci di un intenso fuoco si raffreddano e si attenuano, il bagliore di questo fuoco cosmico svanisce rapidamente. In pochi giorni la luce visibile svanì, lasciando dietro di sé un caldo bagliore a infrarossi, che alla fine scomparve anche.

Ma in questa luce sbiadita è stata codificata la risposta all’annosa domanda su come l’oro è fatto.

Splendi la luce del sole attraverso un prisma e vedrai lo spettro del nostro sole: i colori dell’arcobaleno si diffondono dalla luce blu a lunghezza d’onda corta a luce rossa a lunghezza d’onda lunga. Questo spettro contiene le impronte digitali degli elementi legati e forgiati al sole. Ogni elemento è contrassegnato da un’impronta digitale unica di linee nello spettro, che riflette la diversa struttura atomica.

Lo spettro del kilonova conteneva le impronte digitali degli elementi più pesanti dell’universo. La sua luce portava la firma rivelatrice del materiale della stella di neutroni che decomponeva in platino, oro e altri cosiddetti elementi di processo R.

Il processo di cattura neutronica rapida , noto anche come r -process , è un insieme di reazioni nucleari che in astrofisica nucleare è responsabile per la creazione di circa la metà dei nuclei atomici piu pesanti del ferro ; “elementi pesanti”, con l’altra metà prodotti dal processo p ed processo s.

Il processo r di solito sintetizza gli isotopi stabili più ricchi di neutroni di ciascun elemento pesante. Il processo r in genere può sintetizzare i quattro isotopi più pesanti di ogni elemento pesante e i due isotopi più pesanti, che sono indicati come nuclei solo r , possono essere creati solo tramite il processo r .

I picchi di abbondanza per il processo r si verificano vicino ai numeri di massa A = 82 (elementi Se, Br e Kr), A = 130 (elementi Te, I e Xe) e A = 196 (elementi Os, Ir e Pt).

Per la prima volta, gli umani avevano visto l’alchimia in azione, l’Universo trasformava la materia in oro. E non solo una piccola quantità: questa collisione ha creato almeno 10 kg d’oro della Terra.

Quel metallo è stato creato nel fuoco atomico di una collisione di stelle di neutroni nella nostra galassia miliardi di anni fa – una collisione proprio come quella vista il 17 agosto.

E che dire dell’oro prodotto in questa collisione? Sarà espulso nel cosmo e mescolato con polvere e gas della sua galassia ospite. Forse un giorno farà parte di un nuovo pianeta i cui abitanti intraprenderanno una ricerca millenaria per capirne l’origine.

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