Gli esseri umani sono fatti principalmente di idrogeno, carbonio e ossigeno, più tracce di altri elementi, per un totale di 20 elementi essenziali alla vita. Quelli con numero atomico inferiore a 35 nella tavola periodica vengono prodotti nelle cosiddette supernove.
In pratica, quando stelle sufficientemente massicce esauriscono il loro carburante nucleare, esse collassano internamente; tale collasso produce un’esplosione, che sparpaglia i loro atomi nell’universo.
Ma ci sono due elementi indispensabili per la vita umana che non vengono creati in questo modo:
- lo iodio, un costituente degli ormoni della tiroide che impattano numerosi processi fisiologici, come la crescita e lo sviluppo, la temperatura corporea e il battito cardiaco;
- il bromo, essenziale per la creazione di “impalcature” di collagene a supporto dello sviluppo e dell’architettura dei tessuti.
In un recente studio, un gruppo di ricercatori propone un’affascinante fonte per questi e altri elementi pesanti importanti per l’essere umano: la collisione tra stelle di neutroni, dovuta all’emissione di onde gravitazionali.
Stelle di neutroni, onde gravitazionali e kilonova
Ma procediamo con ordine, introducendo innanzitutto le due attrici protagoniste.
Le stelle di neutroni, di cui ho parlato più volte sul blog (ad esempio, qui e qui), sono stelle degeneri derivanti dal collasso di stelle massicce, ma non tanto da creare un buco nero. Costituite principalmente da neutroni, hanno una densità elevatissima.
Anche più popolari sul blog sono le onde gravitazionali (se ne parla, tra l’altro, in un dettagliato articolo ospite in due parti): rilevate per la prima volta solo nel 2015, sono generate dall’accelerazione di corpi massicci, come buchi neri e, appunto, stelle di neutroni.
Ora, quando due stelle di neutroni sono sufficientemente vicine (formando un sistema binario), l’enorme attrazione gravitazionale reciproca fa sì che esse inizino a orbitare vorticosamente tra di loro, generando quindi onde gravitazionali.
Ciò provoca, nel corso di centinaia di milioni di anni, enormi perdite di energia da parte del sistema, portando infine alla collisione e fusione tra le due stelle. L’esplosione che ne deriva, detta kilonova, è un importante luogo di attivazione del cosiddetto processo r, fondamentale per la creazione di elementi pesanti.
Il processo r
Anche detto processo di cattura neutronica rapida, il processo r consiste infatti nella cattura, da parte di un nucleo pesante come quello del ferro, di neutroni “liberi”, cioè non associati ad alcun nucleo atomico; il “rapida” nel nome si riferisce al fatto che la cattura deve avvenire prima che il nucleo pesante decada radioattivamente.
Se la densità di neutroni liberi è sufficientemente elevata (circa 1024 per centimetro cubo) e la temperatura sufficientemente alta (intorno a un miliardo di Kelvin), i neutroni vengono assorbiti, creando un isotopo più pesante di un elemento, grazie alla massa aggiunta dai neutroni.
E dove possono esistere nell’universo tali condizioni estreme di densità di neutroni e temperatura per scatenare il processo? Esatto, in una kilonova causata da onde gravitazionali, per le quali esistono anche analisi spettroscopiche a supporto della tesi.
Un trio di ricercatori, composto dai fisici teorici John Ellis e Rebecca Surman e dall’astrofisico Brian D. Fields, ritiene il processo r responsabile della creazione di ben il 96% del 127I (un isotopo dello iodio) presente sulla Terra, oltre che della maggior parte del bromo e della totalità di altri elementi pesanti come il torio e l’uranio, anch’essi indirettamente importanti per la vita umana.
Insomma, se oggi siamo qui a raccontare questa storia, potrebbe essere anche grazie alle a lungo elusive onde gravitazionali.
(Originariamente pubblicato su Storie Semplici. Il titolo dell’autore potrebbe essere modificato dalla redazione)