Aprile 24, 2024

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L'origine cosmica delle terre rare

L'origine cosmica delle terre rare

Le “terre rare” sono quel gruppo di elementi chimici dai nomi strani su cui si basa l’universo tecnologico che abbiamo creato sulla Terra. Fino ad ora non siamo stati in grado di determinare dove e come sia stato prodotto. Ma finalmente abbiamo appena visto la sua origine: il massiccio momento stellare che ha dato origine agli elementi più pesanti del ferro, che oggi sono il centro della geopolitica, dello sviluppo tecnologico, delle energie rinnovabili, del telefono cellulare e del computer da quello che scrivo.

Nello specifico, abbiamo assistito alla nascita cosmica dei lantanidi dopo lo sviluppo di una kilonova associata a GRB 230307A.

Nelle immagini del telescopio James Webb è stato osservato un lampo di raggi gamma eccezionalmente luminoso, GRB 230307A, e la kilonova ad esso associata.
Wikimedia Commons, CC di

il nostro studio, Recentemente pubblicato sulla rivista naturaIn cui i ricercatori provengono Istituto di Astrofisica dell'Andalusia (IAA-CSIC).) E da Università di Málaga (UMA)Ha confermato il ruolo fondamentale delle kilonova nella produzione di elementi pesanti nell'universo.

Prima dell'incontro

IL kilonova Sono eventi astronomici straordinariamente attivi ed esplosivi. Risultano dalla fusione di due Stelle di neutroniO da una stella di neutroni con un buco nero o da una stella di neutroni con una stella Nana bianca (Il cadavere di una stella simile al sole).

Le due stelle di neutroni che si fusero per formare GRB 230307A erano originariamente stelle ordinarie massicce che formavano un sistema binario nella loro galassia a spirale. Ma furono espulsi e percorsero separatamente una distanza di circa 120.000 anni luce, equivalente al diametro della nostra Via Lattea.

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Nonostante la distanza, le due stelle erano collegate dalla gravità. Quindi, quando una esplose come supernova e divenne una stella di neutroni, l'altra stella fece lo stesso, prima di fondersi finalmente diverse centinaia di milioni di anni dopo.

Questi rari fenomeni sono caratterizzati dall'emissione di un'intensa e breve raffica di… Raggi gamma (GRB), che di solito dura meno di due secondi. L'emissione lascia dietro di sé una scia luminosa che viene osservata dalla Terra come un oggetto puntiforme che svanisce e vira (in ottica) dal blu al rosso dopo diverse settimane.

Momento dei lantanidi

Le stelle fungono da fabbriche per gli elementi chimici idrogeno ed elio. IL Nucleosintesi stellare (Ciò che cuoce all'interno di una stella, come il sole) spiega la formazione degli elementi della tavola periodica, che sono più leggeri del ferro (isolatamente). Ma solo in fenomeni estremamente energetici ed esplosivi, come le supernovae o le kilonovae, esistono le condizioni necessarie per la formazione di molti degli elementi più pesanti della tavola periodica.

Quando i due corpi che hanno causato la kilonova si uniscono, si formano elementi più pesanti del ferro. E nei giorni successivi Decadimento radioattivo.

Due mesi dopo l'esplosione

Con alcune eccezioni, non è comune osservare lo sviluppo di una kilonova per più di pochi giorni. Ci vogliono settimane e mesi per rilevare i minerali formatisi nell'esplosione, e finora non abbiamo mai avuto la possibilità di osservare a lungo una kilonova.

Questo grazie a molti osservatori e telescopi altamente sensibili, ad es Telescopio spaziale Hubble O il Telescopio spaziale James WebbTra le altre cose, siamo stati in grado di eseguire un’osservazione completa delle kilonove associate al GRB 230307A a diverse lunghezze d’onda. Questo ha permesso di descriverne l'evoluzione anche due mesi dopo l'esplosione. Per la prima volta abbiamo potuto vedere davanti ai nostri occhi metalli di nuova produzione più pesanti del ferro e dell'argento.

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L'analisi dettagliata di queste osservazioni indica la produzione di elementi pesanti nel materiale espulso dopo il processo di consolidamento.

L'immagine è stata acquisita dal telescopio Gemini South da 8,1 metri di diametro utilizzato nello studio.  Per gentile concessione di Simone DiChiara (Pennsylvania State University)
L'immagine è stata acquisita dal telescopio Gemini South da 8,1 metri di diametro utilizzato nello studio. Per gentile concessione di Simone DiChiara (Pennsylvania State University)

Terre rare

La presenza di lantanidi, noti come “terre rare”, che sono elementi chimici fondamentali in gran parte della nostra attuale tecnologia, è particolarmente evidente in molti.

L’emissione nel medio infrarosso osservata dal GRB 230307A conferma la formazione di elementi più pesanti del ferro attraverso un meccanismo di cattura veloce dei neutroni, chiamato processo pagChe si verifica in condizioni di alta temperatura e densità.

Questo processo è stato studiato anche dal punto di vista teorico e sperimentale da altri gruppi spagnoli che hanno ottenuto notevoli progressi.

Cooperazione internazionale

L'articolo è stato pubblicato in natura Lo dirige Yuhan Yangricercatore post-dottorato presso Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor VergataE Eleonora Truiadella stessa università.

Uno dei compiti del nostro team in Spagna è stato quello di utilizzare i dati visivi che hanno contribuito allo studio acquisito attraverso Telescopio SurHa un diametro di 4,1 metri e si trova in Cile.

Lo studio conferma, senza dubbio, il ruolo fondamentale che le kilonove svolgono nella creazione di elementi pesanti nell’universo, che può essere applicato oggi in molti settori della tecnologia. Abbiamo confermato l'origine cosmica dei lantanidi.