L’oro è uno dei metalli più ambiti al mondo, ma la creazione di metalli pesanti come oro, torio e uranio richiede condizioni energetiche, come esplosioni stellari o collisioni tra stelle di neutroni. Ciò significa che tutti gli elementi pesanti della Terra si sono formati in condizioni estreme in ambienti astrofisici.
Oggi gli astrofisici hanno una comprensione incompleta di come vengono prodotti gli elementi più pesanti del ferro. I ricercatori sono incuriositi dalla domanda in quale di questi eventi astrofisici esistono le condizioni adeguate per la formazione degli elementi più pesanti. Sorprendentemente, un nuovo studio mostra che questi elementi potrebbero formarsi nei dischi di accrescimento dei buchi neri.
Cosa sono i dischi di accrescimento dei buchi neri?
Il disco di accrescimento è chiamato il caos vorticoso che circonda un buco nero appena nato e attivo mentre ingoia polvere e gas dallo spazio circostante. In questi ambienti estremi, l’elevato tasso di emissione di neutrini dovrebbe facilitare la conversione dei protoni in neutroni, che porterebbe ad un eccesso di questi ultimi, proprio quello necessario per il processo che produce elementi pesanti.
Studio sui dischi di accrescimento dei buchi neri
“Nel nostro studio, abbiamo studiato sistematicamente per la prima volta i tassi di conversione di neutroni e protoni per un gran numero di configurazioni di dischi utilizzando elaborate simulazioni al computer, e abbiamo scoperto che i dischi sono molto ricchi di neutroni purché vengano soddisfatte determinate condizioni”, spiega Dr Oliver Just, del gruppo di Astrofisica Relativistica della divisione di ricerca della Teoria GSI.
Il Dr Oliver Just spiega: il fattore decisivo è la massa totale del disco. “Più massiccio è il disco, più spesso i neutroni si formano da protoni mediante cattura di elettroni durante l’emissione di neutrini e sono disponibili per la sintesi di elementi pesanti mediante il processo r”.
Al contrario, se la massa del disco è molto elevata, la reazione inversa gioca un ruolo più importante, per cui i neutrini vengono ricatturati in misura maggiore dai neutrini prima di lasciare il disco. Questi neutrini vengono riconvertiti in protoni, il che rende difficile il rapido processo di cattura dei neutroni o processo r.
Lo studio indica che la massa ottimale del disco per diventare una fabbrica di oro e altri materiali pesanti è compresa tra 0,01 e 0,1 masse solari. Poiché al momento non è chiaro se e quanto spesso questi dischi di accrescimento si verifichino nei sistemi che collassano, la ricerca è ancora inconcludente.
“Questi dati sono attualmente insufficienti. Ma con la prossima generazione di acceleratori, come il Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), in futuro sarà possibile misurarli con una precisione senza precedenti”, ha affermato l’astrofisico Andreas Bauswein del Centro Helmholtz per la ricerca sugli ioni pesanti. il GSI.
Produzione di elementi pesanti nei buchi neri
È noto che all’interno delle stelle si producono un gran numero di elementi, ma quando si parla di elementi più pesanti del ferro si ricorre a eventi letteralmente catastrofici. Uno degli eventi più estremi si verifica durante la nascita dei buchi neri. Tuttavia, gli astrofisici non sono sicuri che le condizioni siano effettivamente soddisfatte, a parte il loro contributo relativo all’abbondanza complessiva di elementi pesanti nell’universo.
Il team ha lavorato molto duramente, utilizzando simulazioni per determinare se è davvero così. Retoricamente possiamo chiamarlo il momento magico in cui astrofisica e informatica si uniscono per tracciare la storia degli oggetti che ci accomunano oggi, ma come abbiamo visto le sue origini risalgono ad eventi cosmici dove comprende anche i bizzarri buchi neri.