Cosa c’è in una stella? Bene, se sei un esemplare altamente evoluto che si avvicina alla fine della sua vita chiamato HD 222925, un bel po’ di roba.
Gli scienziati hanno condotto un’analisi di questo oscuro oggetto e hanno identificato 65 elementi separati. Questa è la maggior concentrazione di elementi mai trovata in un singolo oggetto al di fuori del Sistema Solare, e la maggior parte di essi sono elementi pesanti che troviamo nel fondo della tavola periodica, tutti elementi che raramente troviamo nelle stelle.
Poiché questi elementi possono formarsi solo durante eventi estremamente energetici come supernove o fusioni di stelle di neutroni, tramite un meccanismo chiamato processo di cattura rapida dei neutroni, la composizione di questa stella potrebbe essere un mezzo per saperne di più su come si formano gli elementi pesanti. “Per quanto ne so, questo è un record per qualsiasi oggetto oltre il nostro Sistema Solare. E ciò che rende questa stella così unica è che ha una proporzione relativa molto alta degli elementi elencati lungo i due terzi inferiori della tavola periodica. Abbiamo rilevato anche oro“, ha detto l’astronomo Ian Roederer dell’Università del Michigan.
“Questi elementi sono stati creati dal rapido processo di cattura dei neutroni. Questa è davvero la cosa che stiamo cercando di studiare: la fisica per capire come, dove e quando sono stati realizzati quegli elementi“. Le stelle sono le fabbriche che producono la maggior parte degli elementi dell’Universo. Nell’Universo primordiale, l’idrogeno e l’elio – i due elementi più abbondanti nel cosmo – costituivano praticamente tutta la materia.
Le prime stelle si sono formate quando la gravità ha riunito grumi di questo idrogeno ed elio. Nelle fornaci di fusione nucleare dei loro nuclei, queste stelle hanno forgiato l’idrogeno in elio; quindi elio in carbonio; e così via, fondendo elementi sempre più pesanti man mano che si esaurivano quelli più leggeri, fino alla produzione di ferro.
Il ferro può fondersi, ma consuma enormi quantità di energia – più di quella prodotta da tale fusione – quindi un nucleo di ferro è il punto finale. Il nucleo, non più supportato dalla pressione di fusione verso l’esterno, collassa per gravità e la stella esplode.
Per creare elementi più pesanti del ferro, è necessario il processo di cattura rapida dei neutroni, o processo r. Esplosioni realmente energetiche producono una serie di reazioni nucleari in cui i nuclei atomici si scontrano con i neutroni per sintetizzare elementi più pesanti del ferro. “Sono necessari molti neutroni liberi e un insieme di condizioni a energia molto elevata per liberarli e aggiungerli ai nuclei degli atomi“, ha detto Roederer. “Non ci sono molti ambienti in cui ciò può accadere“.
Questo ci riporta a HD 222925, una stella situata a circa 1.460 anni luce di distanza, sicuramente una stella un po’ strana. Ha superato lo stadio di gigante rossa della sua vita, avendo esaurito l’idrogeno per fondersi, e ora sta fondendo l’elio nel suo nucleo. È anche quella che è conosciuta come una stella “povera di metalli“, povera di elementi più pesanti… ma estremamente arricchita di elementi che possono essere prodotti solo dal processo r.
Pertanto, gli elementi del processo r erano stati in qualche modo distribuiti nella nuvola molecolare di idrogeno ed elio da cui si formò HD 222925, circa 8,2 miliardi di anni fa. Quel “in qualche modo” deve essere stata un’esplosione che ha spruzzato gli elementi del processo r nello spazio.
La domanda successiva è: quali elementi? Ed è qui che HD 222925 è utile. Sapevamo già che la stella era ricca di elementi del processo r. Roederer e il suo team hanno utilizzato l’analisi spettrale per determinare con precisione quali contiene. Questa è una tecnica che si basa sulla divisione della lunghezza d’onda della luce di una stella in uno spettro di lunghezze d’onda.
Alcuni elementi possono aumentare o attenuare specifiche lunghezze d’onda della luce, poiché gli atomi assorbono e riemettono fotoni. Tali caratteristiche di emissione e assorbimento nello spettro possono quindi essere analizzate e ricondotte agli elementi che le hanno prodotte e identificarne l’abbondanza. Dei 65 elementi che il team ha identificato in questo modo, 42 – quasi due terzi – erano elementi del processo r.
Tra questi sono compresi gallio, selenio, cadmio, tungsteno, platino, oro, piombo e uranio. Poiché HD 222925 non mostra altre stranezze nella sua composizione chimica, ciò significa che possiamo considerarla rappresentativa delle rese prodotte dalla sorgente del processo r.
Sebbene non sappiamo se i processi r che hanno prodotto questi elementi siano avvenuti in una collisione di stelle di neutroni o in una violenta supernova, il livello di dettaglio che abbiamo ora significa che la stella può essere usata come una sorta di progetto per comprendere l’output del processo r.
“Ora conosciamo l’output dettagliato elemento per elemento di alcuni eventi del processo r che si sono verificati all’inizio dell’universo“, ha affermato la fisica Anna Frebel del MIT. “Qualsiasi modello che tenti di capire cosa sta succedendo con il processo r deve essere in grado di riprodurlo“.
La ricerca è stata accettata in The Astrophysical Journal Supplement Series e, al momento, è disponibile su arXiv.
