Il 3 giugno, a 3, 9 miliardi di anni luce di distanza, si scontrarono due stelle di neutroni incredibilmente dense - corpi che sono ciascuno circa 1, 5 volte la massa del sole ma delle dimensioni di semplici città. Gli scienziati che studiano l'evento affermano che risolve un mistero persistente sulla formazione di elementi nel nostro universo.
"È un tipo di esplosione molto rapido, catastrofico, estremamente energico", afferma Edo Berger, astronomo del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian. La massiccia collisione ha rilasciato un potente getto di raggi gamma in tutto l'universo. Il flash, che è durato solo due decimi di secondo, è stato raccolto dal satellite Swift della NASA e ha inviato gli astronomi a rimescolare per raccogliere dati.
Nei prossimi giorni, i telescopi in Cile e il telescopio spaziale Hubble hanno rivolto la loro attenzione a quella regione dello spazio. Oggi, Berger e colleghi hanno annunciato in una conferenza stampa a Cambridge, nel Massachusetts, che la loro analisi rivela che le collisioni di stelle di neutroni sono responsabili della formazione di praticamente tutti gli elementi pesanti nell'universo, un elenco che include oro, mercurio, piombo, platino e Di Più.
"Questa domanda sulla provenienza di elementi come l'oro esiste da molto tempo", afferma Berger. Sebbene molti scienziati abbiano a lungo sostenuto che le esplosioni di supernova fossero la fonte, afferma che il suo team - che comprende Wen-fai Fong e Ryan Chornock del dipartimento di astronomia di Harvard - ha prove che le supernova non sono necessarie. Queste collisioni di stelle di neutroni producono tutti gli elementi più pesanti del ferro, dice, "e lo fanno abbastanza efficacemente da poter rendere conto di tutto l'oro che è stato prodotto nell'universo".
Tali collisioni si verificano quando entrambe le stelle in un sistema binario esplodono separatamente come supernova, per poi collassare su se stesse, lasciandosi dietro una coppia di stelle di neutroni strettamente legate. Mentre si circondano, le stelle vengono gradualmente riunite dalle forze gravitazionali, fino a quando non si scontrano.
"Sono estremamente densi, essenzialmente proiettili che volano l'uno verso l'altro a circa il dieci percento della velocità della luce", afferma Berger. La collisione risultante riunisce così tanta massa in una posizione che collassa su se stessa, innescando la formazione di un buco nero. Una piccola quantità di materia, tuttavia, viene lanciata verso l'esterno e alla fine viene incorporata nella prossima generazione di stelle e pianeti altrove nella galassia circostante. La stretta osservazione di quest'ultima collisione di stelle di neutroni ha rivelato il contenuto di questa materia espulsa.
Quando si formò il buco nero, dice Berger, emise un lampo di raggi gamma codificato come GRB (lampo di raggi gamma) 130603B. In pochi minuti, gli strumenti in Cile hanno cercato ulteriori prove della collisione e hanno trovato un breve "bagliore" di luce visibile, generato dalle particelle gettate dall'esplosione che si schiantano nell'ambiente circostante. Ciò ha fornito agli astronomi la posizione esatta e la distanza dell'evento e il fatto che la collisione si sia verificata relativamente vicino - almeno in termini astronomici - ha fatto sperare che ci sarebbe stata la possibilità di raccogliere nuovi tipi di dati che prima non erano disponibili.
Il 12 giugno, il telescopio Hubble, addestrato in questa posizione, ha rilevato una distinta emissione di luce infrarossa, un segnale separato dalla prima esplosione. La firma a infrarossi, afferma Berger, derivava dal decadimento radioattivo di elementi pesanti esotici (come uranio e plutonio) formati durante la collisione ed espulsi verso l'esterno. A causa del modo in cui si formano gli elementi pesanti, anche l'oro deve essersi formato. "La quantità totale di questi elementi pesanti prodotti era circa l'uno percento della massa del sole", osserva. "L'oro, in quella distribuzione, equivale a circa 10 parti per milione, per cui esce circa dieci volte la massa della luna solo nell'oro".
Poiché il team sa quanto spesso si verificano queste collisioni e ora può dedurre approssimativamente la quantità di materiale generato con ciascun evento, può confrontare la quantità totale di elementi pesanti prodotti dalle collisioni di stelle di neutroni con la quantità nota nell'universo. La conclusione del team, pubblicata anche oggi su The Astrophysical Journal Letters, è che questi eventi sono una spiegazione sufficiente per tutti i nostri elementi pesanti, incluso l'oro. Dopo che è stato creato in questo tipo di collisioni ed espulso verso l'esterno, gli elementi pesanti vengono infine incorporati nella formazione di stelle e pianeti futuri. Ciò significa che tutto l'oro sulla Terra, anche l'oro nella tua fede nuziale, probabilmente proviene dalla collisione di due stelle distanti.
La nuova scoperta risolve anche una domanda correlata: se questo particolare tipo di emissione di raggi gamma - chiamato scoppio di "breve durata" - possa essere definitivamente collegato alle collisioni di due stelle di neutroni. "Avevamo raccolto molte prove circostanziali che suggerivano che provenissero dalla collisione di due stelle di neutroni, ma ci mancava davvero una chiara firma di" pistola fumante "", afferma Berger. "Questo evento prevede, per la prima volta, quella" pistola fumante "."
Nel corso dei prossimi anni, il team di Harvard-Smithsonian e altri continueranno a cercare collisioni di stelle di neutroni in modo da poter raccogliere e analizzare ulteriori dati. Già, tuttavia, avere un evento così raro (nella Via Lattea, accadono circa una volta ogni 100.000 anni) a una distanza abbastanza vicina per questo tipo di osservazioni è abbastanza casuale. "Ho trascorso l'ultimo decennio della mia vita cercando di affrontare la questione dei lampi di raggi gamma, raccogliendo scrupolosamente prove e aspettando quell'unico grande evento", afferma Berger. "È così soddisfacente ottenere finalmente quelle prove che possono dirci cosa sta succedendo in un modo più definitivo."
