Alla periferia del nostro sole, nella galassia della Via Lattea, c'è una stella relativamente luminosa in cui gli astronomi hanno identificato la più ampia gamma di elementi che possono essere presenti in una stella al di fuori del nostro sistema solare. Lo studio, guidato dall'astronomo Jan Roederer dell'Università del Michigan, ha scoperto 65 elementi nella stella HD 222925. Quarantadue degli elementi scoperti sono elementi pesanti, che si trovano in fondo alla tavola periodica. Identificare questi elementi in una singola stella aiuterà gli astronomi a comprendere il cosiddetto processo di cattura dei neutroni veloce, o uno dei modi principali in cui gli elementi pesanti vengono creati nell'universo.
"Per quanto ne so, questo è un record per qualsiasi oggetto al di fuori del nostro sistema solare. Ciò che rende questa stella così unica è la proporzione relativa molto alta di elementi elencati nei due terzi inferiori della tavola periodica. Abbiamo anche scoperto l'oro", ha detto Roederer. "Questi elementi sono stati ottenuti come risultato del processo di cattura dei neutroni veloci. Questo è ciò che stiamo cercando di studiare: la fisica per capire come, dove e quando sono stati prodotti questi elementi".
Il processo, chiamato anche "r-process", inizia con la presenza di elementi leggeri come il ferro. Quindi, rapidamente - circa un secondo - i neutroni vengono aggiunti ai nuclei degli elementi leggeri. Il risultato è la formazione di elementi più pesanti come selenio, argento, tellurio, platino, oro e torio, del tipo che si trova in HD 222925, tutti elementi che gli astronomi dicono si trovano raramente nelle stelle. "Per rilasciare neutroni e aggiungerli ai nuclei degli atomi, sono necessari molti neutroni liberi e un'energia molto elevata", ha detto Roederer. "Non ci sono molti ambienti in cui ciò può accadere."
Uno di questi ambienti è stato confermato: la fusione di stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati delle stelle supergiganti, che sono gli oggetti celesti più piccoli e densi conosciuti. Le coppie di stelle di neutroni in collisione causano onde gravitazionali e nel 2017 gli astronomi hanno rilevato per la prima volta le onde gravitazionali provenienti dalla fusione di stelle di neutroni. Un altro modo in cui il processo r può verificarsi è attraverso la morte esplosiva di potenti stelle. Gli elementi che Roederer e il suo team hanno identificato in HD 222925 si sono formati in una supernova massiccia o nella fusione di stelle di neutroni proprio all'inizio dell'universo.
Questa stella può essere utilizzata come proxy per ciò che potrebbe accadere a seguito di uno di questi eventi. Qualsiasi modello sviluppato in futuro che dimostri come il processo r o la natura produca elementi nei due terzi inferiori della tavola periodica dovrebbe avere la stessa firma di HD 222925, afferma Roederer.
È importante sottolineare che gli astronomi hanno utilizzato lo strumento del telescopio spaziale Hubble, che può raccogliere spettri ultravioletti. Questo strumento ha svolto un ruolo chiave nel consentire agli astronomi di raccogliere la luce nella parte ultravioletta dello spettro, la debole luce che proviene da una stella fredda come HD 222925. Gli astronomi hanno anche utilizzato uno dei Telescopi Magellan, un consorzio con cui UM collabora – presso l'Osservatorio di Las Vegas -Campanas in Cile per raccogliere la luce da HD 222925 nella parte ottica dello spettro luminoso. Questi spettri codificano le "impronte chimiche" degli elementi all'interno delle stelle e la lettura di questi spettri consente agli astronomi di determinare non solo gli elementi già presenti nella stella, ma anche la quantità di ciascun elemento.
Molti dei coautori dello studio fanno parte di un gruppo chiamato R-Process Alliance, un gruppo di astrofisici che lavorano per risolvere grandi questioni relative al processo r. Questo progetto rappresenta uno degli obiettivi chiave del gruppo: determinare quali elementi e in quali quantità sono stati prodotti nel processo r con un livello di dettaglio senza precedenti.
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