Comunicato Stampa

Prima identificazione di un elemento pesante nato dalla collisione tra stelle di neutroni

Per la prima volta si vede nello spazio, grazie a osservazioni con i telescopi dell'ESO, uno degli elementi usati nei fuochi d'artificio, appena creato

23 Ottobre 2019

Per la prima volta, un elemento pesante appena prodotto, lo stronzio, è stato rilevato nello spazio, a seguito della fusione di due stelle di neutroni. Questa scoperta è stata realizzata grazie allo spettrografo X-Shooter dell'ESO montato sul VLT (Very Large Telescope); la descrizione della scoperta viene pubblicata oggi dalla rivista Nature. Il rilevamento conferma che gli elementi più pesanti nell'Universo possono formarsi nella fusione di stelle di neutroni, fornendo un pezzo mancante del puzzle della formazione degli elementi chimici.

Nel 2017, in seguito al rilevamento di onde gravitazionali che hanno raggiunto la Terra, l'ESO ha puntato i suoi telescopi cileni, incluso il VLT verso la sorgente: l'evento dovuto alla fusione di stelle di neutroni che prende il nome di GW170817. Gli astronomi sospettavano che, se gli elementi più pesanti si fossero formati dalle collisioni di stelle di neutroni, le impronte di quegli elementi potevano essere rilevate nelle chilonovae, le conseguenze esplosive delle fusioni. Questo è ciò che ha fatto un'equipe di ricercatori europei, utilizzando i dati dello strumento X-shooter, installato sul VLT dell'ESO.

Dopo l'evento GW170817, la compagine di telescopi dell'ESO ha iniziato a monitorare l'esplosione di chilonova emergente dalla fusione, su una vasta gamma di lunghezze d'onda. X-shooter in particolare ha preso una serie di spettri dall'ultravioletto al vicino infrarosso. L'analisi iniziale di questi spettri ha suggerito la presenza di elementi pesanti nella chilonova, ma gli astronomi finora non erano stati in grado di individuare i singoli elementi.

"Rianalizzando i dati della fusione del 2017, abbiamo ora identificato in questa palla di fuoco la firma di un elemento pesante, lo stronzio, che dimostra che è la collisione delle stelle di neutroni a creare questo elemento nell'Universo", afferma l'autore principale dello studio, Darach Watson dal Università di Copenaghen in Danimarca. Sulla Terra, lo stronzio si trova naturalmente nel terreno ed è concentrato in alcuni minerali. I suoi sali sono usati per dare ai fuochi d'artificio un colore rosso brillante.

Gli astronomi conoscono i processi fisici che creano gli elementi fin dagli anni '50 del secolo scorso. Nel corso dei decenni successivi hanno scoperto i siti cosmici di ognuna di queste principali forge nucleari, tranne una. "Questa è la fase finale di una ricerca decennale per definire l'origine degli elementi", afferma Watson. “Ora sappiamo che i processi che hanno creato gli elementi sono avvenuti principalmente nelle stelle ordinarie, nelle esplosioni di supernova o negli strati esterni di stelle vecchie. Ma, fino ad ora, non conoscevamo la posizione dell'ultimo processo da scoprire, noto come processo di cattura rapida di neutroni, che ha creato gli elementi più pesanti nella tavola periodica.

La cattura rapida dei neutroni è un processo in cui un nucleo atomico cattura i neutroni abbastanza rapidamente da consentire la creazione di elementi molto pesanti. Sebbene molti elementi siano prodotti nei nuclei delle stelle, la creazione di elementi più pesanti del ferro, come lo stronzio, richiede ambienti ancora più caldi con molti neutroni liberi. La cattura rapida dei neutroni si verifica naturalmente solo in ambienti estremi in cui gli atomi sono bombardati da un gran numero di neutroni.

"Questa è la prima volta in cui possiamo associare direttamente con la fusione delle stelle di neutroni il materiale appena creato, formato tramite il processo di cattura di neutroni, confermando che le stelle di neutroni sono proprio fatte di neutroni e legando a queste fusioni il processo di cattura rapida dei neutroni, a lungo dibattuto", afferma Camilla Juul Hansen del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, che ha svolto un ruolo importante nello studio.

Solo ora gli scienziati stanno iniziando a comprendere meglio la fusione delle stelle di neutroni e le chilonovae. A causa della nostra ancora limitata comprensione di questi nuovi fenomeni e di altre complessità negli spettri dell'esplosione presi dallo strumento X-shooter montato sul VLT, gli astronomi non erano stati in grado finora di identificarvi singoli elementi.

“In realtà, l'idea che avremmo potuto vedere lo stronzio ci è venuta abbastanza presto, dopo l'evento. Tuttavia, dimostrare che ciò era realmente il caso si è rivelato molto difficile. La difficoltà era dovuta alla nostra conoscenza altamente incompleta dell'aspetto spettrale degli elementi più pesanti della tavola periodica", afferma Jonatan Selsing, ricercatore dell'Università di Copenaghen, un altro autore fondamentale dell'articolo.

L'evento di fusione GW170817 è stato il quinto evento di onde gravitazionali, osservato grazie a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), negli Stati Uniti e a Virgo (Interferometro Virgo) in Italia. Questa fusione, avvenuta nella galassia NGC 4993, è stata la prima, e finora l'unica, sorgente di onde gravitazionali per cui sia stata rivelata la controparte visibile da telescopi sulla Terra.

Con gli sforzi combinati di LIGO, Virgo e VLT abbiamo raggiunto la più chiara comprensione finora del funzionamento interno delle stelle di neutroni e delle loro fusioni esplosive.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato in un articolo che verrà pubblicato dalla rivista Nature il 24 ottobre 2019.

L'equipe è composta da D. Watson (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Danimarca), C. J. Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germania), J. Selsing (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Danimarca), A. Koch (Center for Astronomy of Heidelberg University, Germania), D. B. Malesani (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Danimarca), A. C. Andersen (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Danimarca), J. P. U. Fynbo (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Danimarca), A. Arcones (Institute of Nuclear Physics, Technical University of Darmstadt, Germania & GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Germania), A. Bauswein (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Germany & Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Germany), S. Covino (Osservatorio Astronomico di Brera, INAF, Milano, Italia), A. Grado (Osservatorio Astronomico di Capodimonte, INAF, Napoli, Italia), K. E. Heintz (Centre for Astrophysics and Cosmology, Science Institute, University of Iceland, Reykjavík, Islanda & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Danimarca), L. Hunt (Osservatorio Astrofisico di Arcetri , INAF, Firenze, Italia), C. Kouveliotou (George Washington University, Physics Department, Washington DC, USA & Astronomy, Physics and Statistics Institute of Sciences), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, & Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Danimarca), A. Levan (Department of Physics, University of Warwick, Regno Unito), P. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK & Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Germania), E. Pian (Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio, INAF, Bologna, Italia).

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

Links

• Articolo scientifico 
• I telescopi dell'ESO osservano la prima luce emessa da una sorgente di onde gravitazionali
• Fotografie del VLT

Contatti

Darach Watson
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Copenhagen, Denmark
Cell.: +45 24 80 38 25
E-mail: darach@nbi.ku.dk

Camilla J. Hansen
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Tel.: +49 6221 528-358
E-mail: hansen@mpia.de

Jonatan Selsing
Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
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