L’Oro dei Buchi Neri

18 Nov 2021 L’Oro dei Buchi Neri

Utilizzando complesse simulazioni a computer, un team di ricercatori ha scoperto che nel vorticoso disco circostante alcuni buchi neri intenti a ingoiare materia può avvenire la sintesi di elementi pesanti, come oro e uranio.

Tutti gli elementi presenti oggi sulla Terra si sono formati in condizioni davvero estreme: all’interno delle stelle, durante esplosioni stellari o collisioni di dense stelle di neutroni. Ma in quale di questi straordinari processi sono presenti le condizioni appropriate per forgiare gli elementi più pesanti, come oro, torio, argento o uranio? La ben nota rilevazione di onde gravitazionali ed emissione elettromagnetica avvenuta nel 2017 e dovuta alla fusione di due stelle di neutroni suggerì che molti elementi pesanti potessero venire prodotti in queste collisioni cosmiche. Tuttavia, rimane da capire come e quando quel materiale è stato espulso e se quegli elementi possano derivare anche da altri scenari.

I buchi neri circondati da un disco di accrescimento da cui ingoiano materiale denso e caldo sono candidati promettenti alla produzione di elementi pesanti. Un simile sistema deriva dalla fusione di due stelle di neutroni massicce, ma anche dal collasso gravitazionale e dalla successiva esplosione di una stella massiccia rotante. La composizione interna del disco di accrescimento attorno ai buchi neri non è ancora ben compresa, in particolare a riguardo delle condizioni in cui si forma un eccesso di neutroni. Un elevato numero di neutroni è la condizione di base per la produzione di elementi pesanti, dal momento che permette il processo di cattura neutronica rapida (processo r). La cattura neutronica è un tipo di reazione nucleare in cui il nucleo di un atomo cattura uno o più neutroni, formando un nucleo più pesante. I neutrini giocano un ruolo importante nel processo, dal momento che consentono la conversione tra protoni e neutroni.

“Nel nostro studio abbiamo indagato sistematicamente per la prima volta sui tassi di conversione di neutroni e protoni per un gran numero di configurazioni di dischi grazie all’utilizzo di elaborate simulazioni a computer. Abbiamo scoperto che i dischi sono molto ricchi di neutroni, sotto certe condizioni”, spiega Oliver Just del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung a Darmstadt, Germania. “Il fattore decisivo è la massa totale del disco. Più il disco è massiccio, più frequentemente si formano neutroni da protoni attraverso la cattura di elettroni con emissione di neutrini, e sono disponibili per la sintesi di elementi pesanti attraverso il processo r. Tuttavia, se la massa del disco è troppo elevata, la reazione inversa gioca un ruolo sempre più importante, cosicchè viene ricatturato un maggior numero di neutrini da neutroni, prima che abbandonino il disco. Questi neutroni vengono riconvertiti in protoni, un meccanismo che ostacola il processo r”.

Lo studio dimostra che la massa ottimale del disco per una produzione prolifica di elementi pesanti è pari a circa 0,01-0,1 masse solari. I risultati suggeriscono che le fusioni tra stelle di neutroni in grado di produrre buchi neri con dischi di accrescimento di questa massa potrebbero rappresentare l’origine di una grande porzione di elementi pesanti presenti nel cosmo. Attualmente non è noto con quale frequenza possano verificarsi queste condizioni. L’abbondanza di elementi pesanti prevista fornisce indizi su quali elementi sarà necessario studiare in futuri laboratori, come il Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), attualmente in fase di costruzione, per svelare l’origine degli elementi pesanti. I risultati dello studio sono pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Nell’immagine rappresentazione artistica di un buco nero attivo
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

https://phys.org/news/2021-11-gold-fromnew-insights-element-synthesis.html

Related posts:

Miniera d’oro galattica Il Fremito Impresso nel Cosmo dalla Fusione di Buchi Neri Coppie Esotiche negli Ammassi Globulari LIGO e Virgo, insieme per le onde gravitazionali Osservata la Prima Luce da una Sorgente di Onde Gravitazionali! Hubble Fa Luce su una Sorgente di Onde Gravitazionali Massicci buchi neri stellari annidati ai confini delle spirali Ripetute Fusioni di Buchi Neri negli Ammassi Globulari Terreno Fertile per Buchi Neri Massicci Buchi Neri che Rianimano Stelle Morte Campi Magnetici e Lampi Gamma Dalla Morte di Due Stelle una Pioggia di Elementi per la Terra Buchi neri cannibali Una Galassia Starbust che Promette Onde Gravitazionali Un Fascio di Luce dalla Fusione di Due Stelle di Neutroni Alla Scoperta dell’Origine degli Elementi Dischi di Accrescimento Come Cibo per Buchi Neri La Rinascita della Via Lattea Coppie di Buchi Neri Supermassicci a Gogò Vita Dura per le Coppie Stellari Vicine al Buco Nero