Stelle brillano nel cielo Arizona come un milione di occhiolini. All “interno del Kitt Peak National Observatory, Catherine Pilachowski zip il cappotto contro l” aria fredda notte. Si avvicina all’enorme telescopio e scruta il suo oculare. Improvvisamente, galassie lontane e stelle vengono a fuoco. Pilachowski vede stelle morenti chiamate giganti rosse. Vede anche le supernove – i resti di stelle esplose.
Astronomo dell’Indiana University di Bloomington, sente una profonda connessione con questi oggetti cosmici. Forse perché Pilachowski è fatto di polvere di stelle.,
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Ogni ingrediente del corpo umano è costituito da elementi forgiati da stelle. Così sono tutti gli elementi costitutivi del vostro cibo, la tua moto e la vostra elettronica. Allo stesso modo, ogni roccia, pianta, animale, scoop di acqua di mare e respiro d’aria deve la sua esistenza a soli lontani.
Tutte queste stelle sono forni giganti e longevi. Il loro calore intenso può causare la collisione degli atomi, creando nuovi elementi., Alla fine della vita, la maggior parte delle stelle esploderà, sparando agli elementi che hanno forgiato nei lontani confini dell’universo.
Nuovi elementi possono anche svilupparsi durante gli smash-up stellari. Gli astronomi hanno appena assistito a prove per la creazione di oro e altro ancora durante la lontana collisione tra due stelle morenti.
Un’altra squadra ha scoperto la luce da una galassia “starburst” ormai scomparsa. Poco dopo la formazione dell’universo, questa galassia ha sfornato stelle ad una velocità incredibile. Speciali fabbriche di stelle come questa potrebbero aiutare a spiegare come abbastanza elementi costruiti per creare il sistema solare.,
Tali scoperte stanno aiutando gli scienziati a capire meglio dove tutto nell’universo ha avuto il suo inizio.
La rappresentazione di questo artista mostra come gli astronomi pensano che l’universo primordiale avrebbe potuto apparire quando aveva meno di 1 miliardo di anni. L’immagine ritrae un intenso periodo di idrogeno coalescenza per formare molte, molte stelle. Scienza: NASA e K. Lanzetta (SUNY). Art: Adolf Schaller per STScI
Dopo il Big Bang
Gli elementi sono i mattoni fondamentali del nostro universo., Terra ospita 92 elementi naturali con nomi come carbonio, ossigeno, sodio e oro. I loro atomi sono le particelle incredibilmente minuscole da cui sono fatte tutte le sostanze chimiche conosciute.
Ogni atomo assomiglia a un sistema solare. Una piccola, ma imponente struttura si trova al suo centro. Questo nucleo è costituito da un mix di particelle legate note come protoni e neutroni. Più particelle in un nucleo, più pesante è l’elemento. I chimici hanno compilato grafici che posizionano gli elementi in ordine in base alle caratteristiche strutturali, come il numero di protoni che hanno.
In cima ai loro grafici c’è idrogeno., Elemento uno, ha un singolo protone. L’elio, con due protoni, viene dopo.
Le persone e gli altri esseri viventi sono pieni zeppi di carbonio, elemento 6. La vita terrena contiene anche un sacco di ossigeno, elemento 8. Le ossa sono ricche di calcio, elemento 20. Il numero 26, ferro, ci fa arrossire il sangue. Nella parte inferiore della tavola periodica degli elementi naturali si trova l’uranio, il peso massimo della natura, con 92 protoni. Gli scienziati hanno creato artificialmente elementi più pesanti nei loro laboratori. Ma questi sono estremamente rari e di breve durata.
L’universo non sempre vantava così tanti elementi., Blast torna al Big Bang, circa 14 miliardi di anni fa. I fisici pensano che sia quando la materia, la luce e tutto il resto sono esplosi da una massa incredibilmente densa e calda delle dimensioni di un pisello. Questo mise in moto l’espansione dell’universo, una dispersione esteriore di massa che continua fino ad oggi.
Il Big Bang era finito in un lampo. Ma ha dato il via all’intero universo, spiega Steven Desch dell’Arizona State University di Tempe. Astrofisico, Desch studia come si formano stelle e pianeti.
“Dopo il Big Bang”, spiega,” gli unici elementi erano idrogeno ed elio., Era proprio questo.”Assemblare il prossimo 90 ha richiesto molto più tempo. Per costruire quegli elementi più pesanti, nuclei di atomi più leggeri dovevano fondersi insieme. Questa fusione nucleare richiede calore e pressione gravi. Infatti, dice Desch, ci vogliono stelle.
Star power
Per alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, l’universo conteneva solo nubi di gas giganti. Questi consistevano di circa il 90% di atomi di idrogeno; l’elio costituiva il resto. Nel corso del tempo, la gravità sempre più tirato le molecole di gas verso l’altro. Ciò ha aumentato la loro densità, rendendo le nuvole più calde., Come lanugine cosmica, hanno cominciato a raccogliere in palle conosciute come protogalaxies. Al loro interno, il materiale continuava ad accumularsi in grumi sempre più densi. Alcuni di questi si sono sviluppati in stelle. Le stelle stanno ancora nascendo in questo modo, anche nella nostra galassia della Via Lattea.
Elementi massicci come l’oro non nascono direttamente all’interno delle stelle, ma attraverso eventi più esplosivi — collisioni tra stelle. Qui è mostrato il rendering di un artista del momento in cui due stelle di neutroni si sono scontrate., Le stelle di neutroni sono i nuclei immensamente densi che rimangono dopo che due stelle sono esplose come supernove. Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
Convertire elementi leggeri in elementi più pesanti è ciò che fanno le stelle. Più calda è la stella, più pesanti sono gli elementi che può produrre.
Il centro del nostro sole è di circa 15 milioni di gradi Celsius (circa 27 milioni di gradi Fahrenheit). Potrebbe sembrare impressionante. Eppure, come stelle vanno, è piuttosto wimpy. Le stelle di medie dimensioni come il sole “non diventano abbastanza calde da produrre elementi molto più pesanti dell’azoto”, afferma Pilachowski., Infatti, creano principalmente elio.
Per forgiare elementi più pesanti, il forno deve essere immensamente più grande e più caldo del nostro sole. Stelle almeno otto volte più grandi possono forgiare elementi fino a ferro, elemento 26. Per costruire elementi più pesanti di quello, una stella deve morire.
Infatti, rendere alcuni dei metalli più pesanti, come il platino (elemento numero 78) e l’oro (numero 79), potrebbe richiedere una violenza celeste ancora più estrema: le collisioni tra stelle!
Nel giugno 2013, il telescopio spaziale Hubble ha rilevato proprio una tale collisione di due corpi ultra-densi noti come stelle di neutroni., Astronomi presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Mass., misurata la luce emessa da questa collisione. Quella luce fornisce “impronte digitali” delle sostanze chimiche coinvolte in quei fuochi d’artificio. E mostrano che l’oro si è formato. Un sacco di esso: abbastanza per eguagliare più volte la massa della luna della Terra. Poiché un simile smash-up probabilmente si svolge in una galassia una volta ogni 10.000 o 100.000 anni, tali incidenti potrebbero rappresentare tutto l’oro nell’universo, il membro del team Edo Berger ha detto a Science News.
Morte di una stella
Nessuna stella vive per sempre., ” Le stelle hanno una durata di circa 10 miliardi di anni”, dice Pilachowski, esperto di soli morti e morenti.
La gravità avvicina sempre i componenti di una stella. Finché una stella ha ancora carburante, la pressione della fusione nucleare spinge verso l’esterno e controbilancia la forza di gravità. Ma una volta che la maggior parte di quel carburante è bruciato, così a lungo stella. Senza la fusione per contrastarlo,” la gravità costringe il nucleo a collassare”, spiega.
Mira è un sole anziano nella costellazione di Cetus. Una stella gigante rossa relativamente fredda, ha una strana forma simile al calcio., La foto del telescopio spaziale Hubble mostra che Mira è circa 700 volte più grande del nostro sole. Mira ha anche una stella “compagna” calda (non mostrata). Margarita Karovska (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) e NASA
L’età in cui una stella muore dipende dalle sue dimensioni. Le stelle di piccole e medie dimensioni non esplodono, dice Pilachowski. Mentre il loro nucleo di ferro o elementi più leggeri collassa, il resto della stella si espande dolcemente, come una nuvola. Si gonfia in un’enorme palla crescente e luminosa. Lungo la strada, queste stelle si raffreddano e si scuriscono., Diventano ciò che gli astronomi chiamano giganti rossi. Molti atomi nell’alone esterno che circonda una tale stella si allontaneranno nello spazio.
Le stelle più grandi arrivano a una fine molto diversa. Quando consumano il loro carburante, i loro nuclei collassano. Questo li lascia estremamente densi e caldi. Istantaneamente, che forgia elementi più pesanti del ferro. L’energia rilasciata da questa fusione atomica innesca la stella per espandersi ancora una volta. Subito, la stella si ritrova senza abbastanza carburante per sostenere la fusione. Quindi la stella crolla ancora una volta., La sua massiccia densità lo fa riscaldare di nuovo-dopo di che ora fonde i suoi atomi, creando quelli più pesanti.
“Impulso dopo impulso, accumula costantemente elementi sempre più pesanti”, dice Desch della stella. Sorprendentemente, tutto questo accade in pochi secondi. Poi, più velocemente di quanto si possa dire supernova, la stella si autodistrugge in una gigantesca esplosione. La forza di quell’esplosione di supernova è ciò che forgia elementi più pesanti del ferro.
“Gli atomi vanno a saltare nello spazio”, dice Pilachowski. “Vanno un lungo cammino.”
Alcuni atomi si allontanano delicatamente da un gigante rosso., Altri razzo a velocità di curvatura da una supernova. In entrambi i casi, quando una stella muore, molti dei suoi atomi vomitano nello spazio. Alla fine vengono riciclati dai processi che formano nuove stelle e persino pianeti. Tutto questo elemento-costruzione “richiede tempo”, dice Pilachowski. Forse miliardi di anni. Ma l’universo non ha fretta. Suggerisce, tuttavia, che più a lungo una galassia è stata in giro, più elementi pesanti conterrà.
Quando una stella — W44 — è esplosa come una supernova, ha sparso detriti su un’ampia area, mostrata qui., Questa immagine è stata prodotta combinando i dati raccolti dagli osservatori spaziali Hershel e XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea. W44 è la sfera viola che domina il lato sinistro di questa immagine. Si estende per circa 100 anni luce. Herschel: Quang Nguyen Luong & F. Motte, HOBYS Key Program consortium, Herschel SPIRE/PACS/ESA consortia. XMM-Newton: ESA / XMM-Newton
Blast from the past
Considera la Via Lattea. Quando la nostra galassia era giovane, 4,6 miliardi di anni fa, gli elementi più pesanti dell’elio ne costituivano solo 1.,5 per cento della Via Lattea. ” Oggi è fino al 2 per cento”, osserva Desch.
L’anno scorso, gli astronomi del California Institute of Technology, o Caltech, hanno scoperto un punto rosso molto debole nel cielo notturno. Hanno chiamato questo galaxy HFLS3. Centinaia di stelle si stavano formando al suo interno. Gli astronomi si riferiscono a tali corpi celesti, con così tante stelle che spuntano alla vita, come galassie starburst. ” HFLS3 stava formando stelle 2.000 volte più rapidamente della Via Lattea”, osserva l’astronomo del Caltech Jamie Bock.
Per studiare le stelle lontane, gli astronomi come Bock diventano essenzialmente viaggiatori del tempo., Devono guardare in profondità nel passato. Non possono vedere cosa sta succedendo ora perché la luce che studiano deve prima attraversare una vasta distesa dell’universo. E questo può richiedere mesi o anni-a volte migliaia di millenni. Quindi, quando si descrivono nascite e morti di stelle, gli astronomi devono usare il passato.
Un anno luce è la distanza che la luce percorre in un arco di 365 giorni-9,46 trilioni di chilometri (o circa 6 trilioni di miglia). HFLS3 era più di 13 miliardi di anni luce dalla Terra quando è morto. Il suo debole bagliore sta appena raggiungendo la Terra., Quindi quello che è successo nelle sue vicinanze negli ultimi 12 miliardi di anni non sarà noto per eoni.
Ma le vecchie notizie appena arrivate su HFLS3 hanno offerto due sorprese. Primo: Risulta essere la più antica galassia starburst conosciuta. In realtà, è vecchio quasi quanto l’universo stesso. ” Abbiamo trovato HFLS3 quando l’universo aveva solo 880 milioni di anni”, dice Bock. A quel punto, l’universo era un bambino virtuale.
In secondo luogo, HFLS3 non conteneva solo idrogeno ed elio, come gli astronomi avrebbero potuto aspettarsi per una galassia così precoce., Mentre studiava la sua chimica, Bock dice che il suo team ha scoperto ” aveva elementi pesanti e polvere che devono provenire da una precedente generazione di stelle.”Lo paragona a” trovare una città completamente sviluppata all’inizio della storia umana dove ti aspettavi di trovare villaggi.”
Questa galassia lontana, conosciuta come HFLS3, è una fabbrica di costruzione stellare. Nuove analisi indicano che sta trasformando furiosamente gas e polvere in nuove stelle più di 2.000 volte più velocemente di quanto avviene nella nostra Via Lattea. Il suo tasso di starburst è uno dei più veloci mai visti. SEC-C.,Carreau
Lucky us
Steve Desch pensa che HFLS3 potrebbe aiutare a rispondere ad alcune domande importanti. La Via Lattea ha circa 12 miliardi di anni. Ma non rende le stelle abbastanza veloci da aver creato tutti i 92 elementi presenti sulla Terra. ” È sempre stato un po ‘un mistero come tanti elementi pesanti si siano accumulati così velocemente”, afferma Desch. Forse, suggerisce ora, le galassie starburst non sono poi così rare. Se è così, tali fabbriche di stelle ad alta velocità potrebbero aver dato una spinta precoce alla creazione di elementi pesanti.,
Circa 5 miliardi di anni fa, le stelle della Via Lattea avevano generato tutti i 92 elementi ora presenti sulla Terra. In effetti, la gravità li ha riuniti, imballandoli in uno stufato cosmico caldo che alla fine si sarebbe unito per formare il nostro sistema solare. Poche centinaia di milioni di anni dopo, la Terra è nata.
Entro il prossimo miliardo di anni, apparvero i primi segni di vita sulla Terra. Nessuno è esattamente sicuro di come la vita qui ha avuto il suo inizio. Ma una cosa è chiara: gli elementi che hanno formato la Terra e tutta la vita su di essa provenivano dallo spazio., ” Ogni atomo nel tuo corpo è stato forgiato al centro di una stella”, osserva Desch, o da collisioni tra stelle.
Se gli elementi responsabili della vita sulla Terra sono iniziati nello spazio, potrebbero anche aver innescato la vita da qualche altra parte?
Nessuno lo sa. Ma non è per mancanza di tentativi. Intere organizzazioni, come un istituto focalizzato sulla ricerca di intelligenza extraterrestre, o SETI, hanno scouting per la vita al di là del nostro sistema solare.
Desch, per esempio, non pensa che troveranno qualcun altro là fuori. Menziona un famoso grafico., Mostra che i pianeti non possono formarsi finché non ci sono abbastanza elementi pesanti. ” Ho visto quel grafico e in un istante ho capito che potremmo davvero essere soli nella galassia, perché prima del sole non c’erano molti pianeti”, dice Desch.
Sospetta quindi che ” La Terra potrebbe essere la prima civiltà nella galassia. Ma non l’ultimo.”
