«Perché siamo qui?» è probabilmente la domanda più antica e pressante dell’umanità. Indagare l’origine degli elementi è uno dei modi più diretti per avvicinarci alla risposta – che però non credo sia 42.
Sappiamo che molti elementi presenti nell’universo si formano nelle stelle e nelle supernove, che li disperdono nello spazio. Nelle stelle, la fusione nucleare favorisce la produzione di elementi con numero atomico pari. Al contrario, gli elementi con numero atomico dispari – come fosforo (P), cloro (Cl) e potassio (K), fondamentali per la formazione dei pianeti e per la vita – sono meno abbondanti e la loro produzione dipende in larga misura dai dettagli della fisica stellare, rendendo incerte le previsioni teoriche sulla loro abbondanza cosmica.
Il cloro e il potassio necessari per favorire la formazione dei pianeti e sostenere la vita provengono dalle stelle che esplodono. Crediti: Jaxa
Sebbene la loro abbondanza nelle stelle della Via Lattea sia simile a quella osservata nel Sole, i modelli di esplosione delle supernove ne prevedono una produzione molto inferiore, fino a un ordine di grandezza. Ciò parrebbe suggerire che nei modelli teorici manchino ancora importanti processi di nucleosintesi responsabili della formazione degli elementi con numero atomico dispari.
Questa discrepanza ha spinto un gruppo di ricercatori dell’Università di Kyoto e dell’Università Meiji a esaminare i resti di supernova alla ricerca di tracce di questi elementi. Utilizzando Xrism, acronimo di X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, un satellite a raggi X lanciato dalla Jaxa (in collaborazione con Esa e Nasa) nel 2023, il team è stato in grado di eseguire osservazioni spettroscopiche ad alta risoluzione nei raggi X del resto di supernova Cassiopea A, all’interno della Via Lattea.
Gli scienziati hanno utilizzato il microcalorimetrico Resolve a bordo di Xrism, che fornisce una risoluzione energetica di un ordine di grandezza superiore rispetto ai precedenti rilevatori di raggi X, consentendo loro di rilevare deboli linee di emissione da elementi rari. Hanno quindi analizzato lo spettro dei raggi X di Cassiopea A e confrontato l’abbondanza di cloro e potassio con diversi modelli di nucleosintesi delle supernove.
Il team ha identificato chiare righe di emissione di raggi X per entrambi gli elementi, in quantità molto superiori a quelle previste dai modelli standard delle supernove. Questa osservazione rappresenta la prima prova diretta che una supernova può sintetizzare cloro e potassio in quantità significative. Gli autori propongono che una forte miscelazione negli strati interni delle stelle massicce – indotta dalla rapida rotazione, interazioni binarie o fusioni dei gusci – possa aumentare in modo sostanziale la produzione di questi elementi.
In definitiva, questi risultati mostrano che elementi cruciali per la vita sono stati forgiati in ambienti estremi e turbolenti, nel cuore delle stelle, ben lontani da qualsiasi condizione che ricordi quelle necessarie all’emergere della vita. Lo studio mette inoltre in evidenza la straordinaria efficacia della spettroscopia a raggi X ad alta precisione nel ricostruire l’origine degli elementi e nel svelare i processi fisici che avvengono nelle profondità stellari.
Il team intende ora osservare altri resti di supernova con Xrism per verificare se l’aumento della produzione di cloro e potassio sia comune tra le stelle massicce o se rappresenti una peculiarità di Cassiopea A. Queste indagini aiuteranno a capire se i processi di miscelazione interna osservati siano una caratteristica generale dell’evoluzione stellare.
«Come sono nati la Terra e la vita è una domanda eterna che tutti si sono posti almeno una volta. Il nostro studio rivela solo una piccola parte di questa lunga storia, ma mi sento davvero onorato di avervi contribuito», conclude Kai Matsunaga.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Chlorine and Potassium Enrichment in the Cassiopeia A Supernova Remnant”, della Xrism collaboration