Oro nell’universo: da dove proviene?

Un nuovo studio ha scoperto che l'origine più comunemente teorizzata dell'oro - le collisioni tra stelle di neutroni - non può spiegare l'abbondanza di oro sulla Terra. Allora da dove viene l'oro?

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L’oro è un elemento, il che significa che non si può ottenere attraverso normali reazioni chimiche, anche se gli alchimisti ci hanno provato per secoli. Per rendere il metallo scintillante, devi legare insieme 79 protoni e 118 neutroni per formare un singolo nucleo atomico. Questa è un’intensa reazione di fusione nucleare. Ma una fusione così intensa non avviene abbastanza frequentemente, almeno non nelle vicinanze, per creare la quantità d’oro che troviamo sulla Terra e altrove nel sistema solare.

E un nuovo studio ha scoperto che l’origine più comunemente teorizzata dell’oro – le collisioni tra stelle di neutroni – non può nemmeno spiegare l’abbondanza dell’oro. Allora da dove viene l’oro? Ci sono altre possibilità, comprese le supernove così intense da trasformare una stella dentro e fuori. Sfortunatamente, anche fenomeni così strani non possono spiegare quanto sia spento l’universo locale, rileva il nuovo studio.

Le collisioni tra stelle di neutroni creano oro frantumando brevemente protoni e neutroni in nuclei atomici, quindi vomitando quei nuclei pesanti appena legati attraverso lo spazio. Le supernove regolari non possono spiegare l’oro dell’universo perché le stelle abbastanza massicce da fondere l’oro prima di morire – cosa rara – diventano buchi neri quando esplodono, ha detto Chiaki Kobayashi, astrofisico dell’Università dell’Hertfordshire nel Regno Unito e guida autore del nuovo studio. E, in una normale supernova, quell’oro viene risucchiato nel buco nero.
E che dire di quelle supernove più strane e stellari? Questo tipo di esplosione stellare, una cosiddetta supernova magneto-rotazionale, è “una supernova molto rara, che gira molto velocemente“, ha detto Kobayashi a WordsSideKick.com.

Durante una supernova magneto-rotazionale, una stella morente gira così velocemente ed è distrutta da campi magnetici così forti che si capovolge mentre esplode. Mentre muore, la stella lancia nello spazio getti incandescenti di materia, i suoi getti sono pieni zeppi di nuclei d’oro. Le stelle che fondono l’oro sono rare. Le stelle che fondono l’oro e poi lo gettano nello spazio come queste sono ancora più rare.

Ma anche le stelle di neutroni e le supernove magneto-rotazionali insieme non possono spiegare la quantità d’oro della Terra, hanno scoperto Kobayashi ei suoi colleghi.

Ci sono due fasi in questa domanda“, ha detto. “La prima è: le fusioni di stelle di neutroni non sono sufficienti. La seconda: anche con la seconda fonte, non possiamo ancora spiegare la quantità di oro osservata“.

Studi precedenti avevano ragione sul fatto che le collisioni di stelle di neutroni rilasciano una pioggia d’oro. Ma quegli studi non hanno tenuto conto della rarità di quelle collisioni. È difficile stimare con precisione la frequenza con cui minuscole stelle di neutroni – esse stesse resti ultra densi di antiche supernove – sbattono insieme. Ma non è certo molto comune: gli scienziati l’hanno visto accadere solo una volta. Anche stime approssimative mostrano che non si scontrano abbastanza spesso da aver prodotto tutto l’oro trovato nel sistema solare.

Le fusioni di stelle di neutroni non sono sufficienti e anche con la seconda fonte, non possiamo ancora spiegare la quantità di oro osservata“.

Studi precedenti avevano ragione sul fatto che le collisioni di stelle di neutroni rilasciano una pioggia d’oro, ha detto. Ma quegli studi non hanno tenuto conto della rarità di quelle collisioni. È difficile stimare con precisione la frequenza con cui minuscole stelle di neutroni – esse stesse resti ultra densi di antiche supernove – collidono.
Questo articolo non è il primo a suggerire che le collisioni di stelle di neutroni non sono sufficienti per spiegare l’abbondanza di oro“, ha detto Ian Roederer, astrofisico presso l’Università del Michigan, che cerca tracce di elementi rari in stelle lontane.

Ma il nuovo articolo di Kobayashi e dei suoi colleghi, pubblicato il 15 settembre su The Astrophysical Journal, ha un grande vantaggio: è estremamente completo, ha detto Roederer. I ricercatori hanno riversato una montagna di dati e li hanno inseriti in modelli robusti di come la galassia si evolve e produca nuove sostanze chimiche.

Il documento contiene riferimenti ad altre 341 pubblicazioni, che è circa tre volte più riferimenti rispetto ai documenti tipici in The Astrophysical Journal in questi giorni”. Utilizzando questo approccio, gli autori sono stati in grado di spiegare la formazione di atomi leggeri come il carbonio -12 (sei protoni e sei neutroni) e pesanti come l’ uranio -238 (92 protoni e 146 neutroni). Questa è una gamma impressionante che copre elementi che di solito vengono ignorati in questo tipo di studi.

Per lo più, la matematica ha funzionato.

Le collisioni tra stelle di neutroni, ad esempio, hanno prodotto stronzio nel loro modello. Ciò corrisponde alle osservazioni dello stronzio nello spazio dopo la collisione di una stella di neutroni che gli scienziati hanno osservato direttamente.

Le supernove magneto-rotazionali hanno spiegato la presenza di europio nel loro modello, un altro atomo che si è rivelato difficile da spiegare in passato.

Ma l’oro rimane un enigma.

Qualcosa là fuori che gli scienziati non conoscono deve fare l’oro. Oppure è possibile che le collisioni di stelle di neutroni producano più oro di quanto suggeriscano i modelli esistenti. In entrambi i casi, gli astrofisici hanno ancora molto lavoro da fare prima di poter spiegare da dove proviene tutta quella fantasia.