Un’enorme esplosione cosmica crea elementi rari nello spazio

(CNN) — Il telescopio spaziale James Webb e altri osservatori hanno assistito a una massiccia esplosione nello spazio che ha portato alla creazione di rari elementi chimici, alcuni dei quali necessari alla vita.

L’esplosione, avvenuta il 7 marzo, è stata il secondo lampo di raggi gamma più luminoso mai osservato dai telescopi in più di 50 anni di osservazioni, un milione di volte più luminoso dell’intera Via Lattea messa insieme. I lampi di raggi gamma sono brevi emissioni delle forme di luce più energetiche.

Questa particolare esplosione, chiamata GRB 230307A, probabilmente si è verificata quando due stelle di neutroni – i resti incredibilmente densi di stelle dopo una supernova – si sono fuse in una galassia a circa un miliardo di anni luce di distanza. Secondo uno studio pubblicato mercoledì sulla rivista naturaOltre a innescare un lampo di raggi gamma, la fusione ha creato una kilonova, una rara esplosione che si verifica quando una stella di neutroni si fonde con un’altra stella di neutroni o un buco nero.

“Ci sono solo poche kilonovae conosciute, e questa è la prima volta che siamo in grado di osservare gli effetti di una kilonova utilizzando il telescopio spaziale James Webb”, ha affermato Andrew Levan, autore principale dello studio e professore di astrofisica alla Radboud University. . L’università nei Paesi Bassi è bassa. Levan faceva anche parte del team che per primo scoprì una kilonova nel 2013.

Oltre a Webb, anche il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA, l’Osservatorio Swift di Neil Gehrels e il Transiting Exoplanet Survey Satellite hanno osservato l’esplosione e l’hanno seguita fino alla fusione di stelle di neutroni. Il telescopio Webb ha anche rilevato la firma chimica del tellurio all’indomani dell’esplosione.

Il tellurio, un metallo raro, viene utilizzato per tingere vetro e ceramica e svolge un ruolo nel processo di produzione di CD e DVD riscrivibili, secondo la Royal Society of Chemistry. Gli astronomi si aspettano che altri elementi vicini al tellurio nella tavola periodica, compreso lo iodio, essenziale per gran parte della vita sulla Terra, siano probabilmente presenti nei materiali rilasciati dalle kilonova.

“Poco più di 150 anni dopo che Dmitri Mendeleev scrisse la tavola periodica degli elementi, grazie a Webb siamo finalmente in grado di iniziare a riempire quegli ultimi spazi vuoti per capire dove è stato fatto tutto,” ha detto Levan.

Tracciamento delle esplosioni stellari

Gli astronomi credono da tempo che le fusioni di stelle di neutroni siano fabbriche celesti che producono elementi rari più pesanti del ferro. Ma le prove erano difficili da rintracciare.

I fenomeni Kilonova sono rari, il che li rende difficili da osservare. Tuttavia, gli astronomi cercano brevi lampi di raggi gamma, che durano al massimo circa due secondi, come sottoprodotti che rivelano questi rari fenomeni.

La cosa insolita di questa esplosione è che è durata 200 secondi, rendendola un lungo lampo di raggi gamma. Queste lunghe esplosioni sono solitamente associate alle supernovae, che si verificano quando esplodono stelle massicce.

“Questa esplosione rientra nella categoria delle esplosioni lunghe. Non è vicina al massimo. Ma sembra provenire da una stella di neutroni che si fonde”, ha detto Eric Burns, coautore dello studio e professore associato di fisica e astronomia alla State University. Lo ha detto la Louisiana in un comunicato.

Fermi inizialmente rilevò un lampo di raggi gamma e gli astronomi usarono osservatori terrestri e spaziali per tracciare i cambiamenti di luminosità durante le conseguenze del lampo nei raggi gamma, nei raggi X, nella luce visibile, nella luce infrarossa e nelle onde radio. I rapidi cambiamenti nella luce visibile e infrarossa indicano che si trattava di una kilonova.

“Questo tipo di esplosione è molto veloce e anche il materiale dell’esplosione si sta espandendo rapidamente”, spiega M. Charan Silvia, coautrice dello studio e ricercatrice presso l’Osservatorio Astronomico di Brera dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, in Italia. . “Mentre l’intera nuvola si espande, il materiale si raffredda rapidamente e la sua luce di picco diventa visibile nell’infrarosso, diventando più rossa su scale temporali di giorni o settimane”.

Il team ha utilizzato anche il telescopio Webb per tracciare il percorso delle stelle di neutroni prima che esplodessero.

Una volta erano due stelle massicce in un sistema binario situato in una galassia a spirale. Una è esplosa come una supernova, lasciandosi dietro una stella di neutroni, e poi è successa la stessa cosa all’altra. Questi eventi esplosivi liberarono le stelle dalla loro galassia e rimasero in coppia, viaggiando per 120.000 anni luce prima di fondersi diverse centinaia di milioni di anni dopo, dopo essere stati espulsi dalla loro casa.

Ricerca di elementi cosmici

Da decenni gli astronomi cercano di determinare come si creano gli elementi chimici nell’universo.

Rilevare più kilonova in futuro utilizzando telescopi sensibili come il Webb e il Nancy Grace Roman Space Telescope, il cui lancio è previsto per il 2027, potrebbe fornire informazioni sugli elementi pesanti creati e rilasciati in queste rare esplosioni.

I ricercatori vogliono anche trovare più fusioni che portano a lampi di raggi gamma più lunghi per determinare cosa li spinge e se esiste qualche connessione con gli elementi creati nel processo.

Il violento ciclo vitale delle stelle ha distribuito gli elementi della tavola periodica in tutto l’universo, compresi quelli necessari alla formazione della vita sulla Terra. Negli ultimi anni, la capacità di studiare esplosioni stellari come le kilonova ha permesso agli scienziati di rispondere a domande sulla composizione degli elementi chimici, permettendo di comprendere meglio come l’universo si è evoluto nel tempo.

“Webb fornisce un’enorme spinta e può trovare elementi più pesanti”, ha affermato Ben Gompertz, coautore dello studio e professore associato presso l’Institute for Gravitational Wave Astronomy e la School of Physics and Astronomy presso l’Università di Birmingham, nel Regno Unito. unito.

“Poiché avremo osservazioni più frequenti, i modelli miglioreranno e lo spettro sarà in grado di evolversi ulteriormente nel tempo”, ha affermato Gompertz. “Senza dubbio, Webb ha aperto la strada a fare di più, e le sue capacità trasformeranno completamente la nostra comprensione dell’universo”.