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Gli astronomi trovano la stella “gold standard” nella Via Lattea

Gli astronomi trovano la stella

Star HD 222925 è una stella di nona magnitudine situata nella costellazione meridionale del Tucana. Credito fotografico: The STScI Digital Sky Survey

Una stella relativamente luminosa si trova vicino al nostro Sole nella Via Lattea, ed è in essa che gli astronomi sono stati in grado di identificare la più ampia gamma di elementi mai trovata in qualsiasi stella al di fuori del nostro sistema solare.

Lo studio, guidato dall’astronomo dell’Università del Michigan Ian Roederer, ha identificato 65 elementi nella stella HD 222925. 42 degli elementi individuati sono elementi pesanti riportati alla fine della tavola periodica degli elementi.

Identificare questi elementi in una singola stella aiuterà gli astronomi a comprendere il cosiddetto “processo di cattura rapida dei neutroni”, o uno dei modi principali in cui gli elementi pesanti si sono formati nell’universo. I loro risultati saranno pubblicati su arXiv e sono stati accettati per la pubblicazione in Supplemento al diario astrofisico Serie.

“Per quanto ne so, questo è un record per qualsiasi oggetto al di fuori del nostro sistema solare. E ciò che rende questa stella così unica è che ha una proporzione relativa molto alta degli elementi elencati nei due terzi inferiori della tavola periodica. Abbiamo anche scoperto l’oro”, ha detto Roederer. “Questi elementi sono stati prodotti dal processo di cattura veloce dei neutroni. Questo è davvero ciò che stiamo cercando di studiare: la fisica per capire come, dove e quando sono stati realizzati questi elementi”.

Il processo, chiamato anche “R-Process”, inizia con la presenza di elementi più leggeri come il ferro. Quindi, rapidamente – nell’ordine di un secondo – i neutroni vengono aggiunti ai nuclei degli elementi più leggeri. Questo crea elementi più pesanti come selenio, argento, tellurio, platino, oro e torio, che si trovano in HD 222925, che secondo gli astronomi sono tutti raramente rilevati nelle stelle.

“Hai bisogno di molti neutroni liberi e condizioni di energia molto alta per rilasciarli e aggiungerli ai nuclei atomici”, ha detto Roederer. “Non ci sono molti ambienti in cui ciò può accadere, forse due”.

Uno di questi ambienti è stato confermato: la fusione delle stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati delle stelle supergiganti e sono gli oggetti celesti più piccoli e densi conosciuti. La collisione di coppie di stelle di neutroni provoca 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 potrebbe verificarsi il processo r è dopo la morte esplosiva di stelle massicce.

“Questo è un importante passo avanti: riconoscere dove può aver luogo il processo r. Ma è un passo molto più grande dire: ‘Cosa ha fatto questo evento in realtà? Cosa è stato prodotto lì?’”, ha detto Roederer. “È qui che entra in gioco il nostro studio”.

Gli elementi che Roederer e il suo team hanno identificato in HD 222925 sono stati prodotti in una massiccia supernova o in una fusione di stelle di neutroni molto presto nell’Universo. Il materiale è stato espulso e rigettato nello spazio, dove in seguito si è formato nella stella che Roederer sta studiando oggi.

Quella stella può quindi essere utilizzata come proxy per ciò che uno di quegli eventi avrebbe prodotto. Qualsiasi modello futuro che mostri come il processo r, o natura, produca elementi nei due terzi inferiori della tavola periodica deve condividere la stessa firma di HD 222925, afferma Roederer.

Fondamentalmente, gli astronomi hanno utilizzato uno strumento sul telescopio spaziale Hubble in grado di raccogliere spettri ultravioletti. Questo strumento è stato fondamentale per consentire agli astronomi di raccogliere luce nella parte ultravioletta dello spettro luminoso, luce che è debole e proviene da una stella fredda come HD 222925.

Gli astronomi hanno anche utilizzato uno dei Telescopi Magellan – un consorzio di cui UM è partner – all’Osservatorio di Las Campanas in Cile per raccogliere la luce da HD 222925 nella parte ottica dello spettro luminoso.

Questi spettri codificano “l’impronta chimica” degli elementi all’interno delle stelle e la lettura di questi spettri consente agli astronomi di identificare non solo gli elementi contenuti nella stella, ma anche la quantità di elemento contenuta nella stella.

Anna Frebel è coautrice dello studio e professoressa di fisica al Massachusetts Institute of Technology. Ha contribuito a fornire un’interpretazione generale del modello di abbondanza degli elementi di HD 222925 e di come influisce sulla nostra comprensione dell’origine degli elementi nel cosmo.

“Ora conosciamo l’output dettagliato elemento per elemento di un evento di processo R che si è verificato all’inizio dell’universo”, ha detto Frebel. “Qualsiasi modello che cerchi di capire cosa sta succedendo con il processo r deve essere in grado di riprodurlo”.

Molti dei coautori dello studio fanno parte di un gruppo chiamato R-Process Alliance, un gruppo di astrofisici dediti a risolvere i grandi problemi dell’R-Process. Questo progetto segna uno degli obiettivi più importanti del team: identificare quali elementi e in quali quantità sono stati prodotti nel processo r con un livello di dettaglio senza precedenti.


Prima identificazione di un elemento pesante formato dalla collisione di una stella di neutroni


Maggiori informazioni:
Ian U. Roederer et al., The R-Process Alliance: A Nearly Complete R-Process Abundance Template Derived from Ultraviolet Spectroscopy of the R-Process-Enhanced Metal-Poor Star HD 222925. arXiv:2205.03426v1 [astro-ph.SR]arxiv.org/abs/2205.03426

Fornito dall’Università del Michigan

Citazione: Gli astronomi trovano la stella “gold standard” nella Via Lattea (2022, 11 maggio) Estratto il 12 maggio 2022 da https://phys.org/news/2022-05-astronomers-gold-standard-star-milky.html

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