Fino a poco tempo fa si pensava che le fusioni di stelle di neutroni fossero l’unico modo per produrre elementi pesanti (più pesanti dello zinco). Queste fusioni comportano il mashup dei resti di due stelle massicce di un sistema binario.
Ma sappiamo che gli elementi pesanti furono prodotti per la prima volta non molto tempo dopo il Big Bang, quando l’Universo era davvero giovane. A quel tempo, non era passato abbastanza tempo perché si fossero verificate fusioni di stelle di neutroni.
La scoperta di un’antica stella chiamata SMSS J2003-1142 nell’alone della Via Lattea – che è la regione approssimativamente sferica che circonda la galassia – sta fornendo la prima prova di un’altra fonte di elementi pesanti, tra cui uranio e forse oro.
Nella nostra ricerca pubblicata su Nature, gli autori dimostrano che gli elementi pesanti rilevati in SMSS J2003-1142 sono stati probabilmente prodotti non da una fusione di stelle di neutroni ma attraverso il collasso e l’esplosione di una stella in rapida rotazione con un forte campo magnetico e una massa di circa 25 volte quella del Sole.
Hanno chiamato questo evento di esplosione “ipernova magnetotazionale“.
Alchimia stellare
È stato recentemente confermato che le fusioni di stelle di neutroni sono effettivamente una fonte di elementi pesanti nella nostra galassia. Come suggerisce il nome, questo avviene quando due stelle di neutroni in un sistema binario si fondono in un evento energetico chiamato “kilonova“. Questo processo produce elementi pesanti.
Tuttavia, i modelli esistenti dell’evoluzione chimica della nostra galassia indicano che le sole fusioni di stelle di neutroni non avrebbero potuto produrre i modelli specifici di elementi che vediamo nelle stelle più antiche, tra cui SMSS J2003-1142.
Una reliquia dell’universo primordiale
SMSS J2003-1142 è stata osservata per la prima volta nel 2016 dall’Australia, e poi di nuovo nel settembre 2019 dall’Osservatorio europeo meridionale in Cile.
L’analisi della composizione chimica della stella ha rivelato un contenuto di ferro circa 3000 volte inferiore a quello del sole. In altre parole, SMSS J2003-1142 è chimicamente primitiva.
Gli elementi osservati in essa sono stati probabilmente prodotti da un’unica stella madre, subito dopo il Big Bang.
Segni di una stella collassata in rapida rotazione
La composizione chimica di SMSS J2003-1142 può rivelare la natura e le proprietà della sua stella madre. Particolarmente importanti sono le sue quantità insolitamente elevate di azoto, zinco ed elementi pesanti tra cui europio e uranio.
Gli alti livelli di azoto in SMSS J2003-1142 indicano che la stella madre ha avuto una rapida rotazione, mentre alti livelli di zinco indicano che l’energia dell’esplosione era circa dieci volte quella di una supernova “normale”, il che significa che deve essere stata un’ipernova. Inoltre, grandi quantità di uranio richiedono la presenza di molti neutroni.
Gli elementi pesanti che possiamo osservare oggi in SMSS J2003-1142 sono tutte prove che questa stella è stata prodotta come risultato di una prima esplosione di un’ipernova magnetorotazionale.
Si tratta di un lavoro che ha fornito la prima prova che gli eventi di ipernova magnetorotazionale sono una fonte di elementi pesanti nella nostra galassia (insieme alle fusioni di stelle di neutroni).
E le fusioni di stelle di neutroni?
Ma come facciamo a sapere che non sono state solo le fusioni di stelle di neutroni a portare agli elementi particolari che troviamo in SMSS J2003-1142? Ci sono alcune ragioni per questo.
Nell’ipotesi illustrata dagli autori, una singola stella madre avrebbe prodotto tutti gli elementi osservati in SMSS J2003-1142. D’altra parte, ci sarebbe voluto molto, molto più tempo per ottenere gli stessi elementi solo attraverso fusioni di stelle di neutroni.
Bisogna anche aggiungere che, data l’età della stella, è improbabile che in una fase così precoce della formazione della galassia si fossero già verificate fusioni di stelle di neutroni in grado di creare quegli elementi.
Inoltre, le fusioni di stelle di neutroni producono solo elementi pesanti, quindi sarebbero state comunque necessarie fonti aggiuntive, ad esempio una normale supernova, per spiegare altri elementi pesanti, come il calcio, osservati in SMSS J2003-1142. Questo scenario, per quanto possibile, è più complicato e quindi meno probabile.
Il modello delle ipernove magnetotazionali non solo fornisce un miglior adattamento ai dati, ma può anche spiegare la composizione di SMSS J2003-1142 attraverso un singolo evento.
Le fusioni di stelle di neutroni, insieme alle supernove magnetorotazionali, potrebbero spiegare all’unisono come sono stati creati tutti gli elementi pesanti nella Via Lattea.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale .
