Oro e platino dalle stelle | Il telescopio James Webb cattura la creazione di elementi pesanti. Nel team internazionale anche Unife

In quali regioni dello spazio si creano l’oro, il platino e altri elementi più pesanti del ferro? Rispondere a questa domanda è stato fino a oggi difficile: sebbene agli scienziati fosse noto che sono necessari livelli estremi di densità, non riproducibili sulla Terra, non era chiaro in quali regioni dell’Universo fosse possibile raggiungere tali condizioni.

A svelare il mistero è ora un team di scienziati provenienti da 18 Paesi, tra i quali Mattia Bulla dell’Università degli Studi di Ferrara, che è riuscito a osservare la fusione di due stelle di neutroni e assistere alla creazione di elementi pesanti grazie al telescopio spaziale James Webb.

Il Professor Mattia Bulla del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra di Unife

“Le stelle di neutroni sono oggetti estremamente compatti, aventi una massa simile a quella del nostro Sole ma racchiusa in una regione di solo una ventina di km di diametro. La loro densità è così elevata che un cucchiaino di materia contenuta in queste stelle peserebbe 1 miliardo di tonnellate. Quando due di queste stelle compatte si trovano in un sistema binario e si avvicinano fino a scontrarsi, si vengono a creare condizioni tali da convertire neutroni liberi, presenti in grandi quantità in queste stelle, in oro, platino e altri elementi pesanti della tavola periodica” spiega il Professor Mattia Bulla, astrofisico del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara, tra gli autori dell’articolo. 

A Unife il Professor Mattia Bulla si occupa di studiare i segnali provenienti dalle kilonove, caratteristiche radiazioni emesse dal materiale espulso durante la fusione di due stelle.

 “La fusione di due stelle di neutroni è capace di rilasciare in pochi secondi una quantità di energia gigantesca, comparabile a quella che il nostro Sole avrà rilasciato al termine della sua lunga vita di miliardi di anni. Inoltre, il materiale espulso durante la fusione delle due stelle espande a velocità prossime a quelle della luce (diverse decine di migliaia di km al secondo) ed emette una radiazione caratteristica che prende il nome di kilonova. Tale rapidità fa sì che il segnale di kilonova si affievolisca rapidamente e venga emesso nell’infrarosso. Per questo fino a oggi è stato visto solo una manciata di volte” spiega Mattia Bulla.

Proprio l’osservazione di un debole segnale infrarosso lo scorso marzo ha catturato l’attenzione di un team di scienziati guidato da Andrew Levan della Radboud University in Olanda. Osservando l’evento con il telescopio spaziale James Webb, il team di scienziati ha scoperto che all’interno del materiale espulso erano stati forgiati elementi pesanti.

“Lo spettro osservato con il James Webb ha mostrato un eccesso di energia rilasciata in un range di lunghezze d’onda ben specifico, tra i 2 e i 2.5 micrometri, compatibile con la presenza di tellurio creato durante la fusione delle due stelle di neutroni” spiega Mattia Bulla, che ha contribuito all'analisi e interpretazione del segnale ricevuto. 

La ricerca ha profonde implicazioni per quanto riguarda lo studio sull’origine degli elementi della tavola periodica, confermando che le fusioni di stelle di neutroni sono un luogo privilegiato per sintetizzare molti degli elementi pesanti che troviamo sulla Terra. Tra questi vi sono, ad esempio, il neodimio, indispensabile per il funzionamento dei nostri cellulari, e lo iodio, fondamentale per la salute dell’organismo umano.

Lo spettro di emissione della kilonova. Spettro ottenuto con lo spettrografo infrarosso NIRSpec a bordo del telescopio spaziale James Webb (in bianco). Il confronto con un modello di kilonova (in arancione) mostra come il picco tra i 2 e i 2.5 micrometri osservato dal James Webb sia dovuto alla presenza di tellurio forgiato durante la fusione delle due stelle di neutroni e presente nel materiale espulso. Credits: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Per saperne di più

L’articolo “Heavy element production in a compact object merger observed by JWST” è stato pubblicato su Nature il 25 ottobre 2023.