Galassia nana testimone d’eventi catastrofici

Immagine della galassia nana ultra-debole Reticulum II ottenuta dalla Dark Energy Survey usando il telescopio di 4 metri Blanco dell’Osservatorio di Cerro Tololo, in Cile. Le nove stelle descritte nello studio sono cerchiate in rosso. I riquadri mostrano la fortissima presenza di bario, uno dei principali elementi derivanti dal processo di cattura dei neutroni che il team di ricercatori ha osservato, in tre stelle. Crediti: Dark Energy Survey / Fermilab; Alexander Ji, Anna Frebel, Anirudh Chiti, e Josh Simon

Le osservazioni condotte da un team di scienziati sulla galassia nana ultra-debole Reticulum II, scoperta di recente grazie ai dati della Dark Energy Survey, cercano di fare chiarezza sui processi alla base della creazione degli elementi chimici più pesanti presenti nel nostro universo, come l’oro e il piombo. I risultati dello studio, pubblicati su Nature, indicherebbero gli elementi pesanti principalmente come risultato di eventi catastrofici, ad esempio la collisione tra due stelle di neutroni.

La galassia osservata è – tra quelle a oggi note – una delle galassie più piccole e più vicine a noi. La sua vicinanza l’ha resa dunque un bersaglio perfetto per un team di astronomi tra cui Josh Simon, dell’Osservatorio Carnegie di Washington e Alexander Ji, del Dipartimento di Fisica e del Kavli Institute del Massachusetts Institute of Technology, che hanno studiato la composizione chimica delle galassie vicine.

Reticulum II, come altre galassie nane satelliti della Via Lattea (ad esempio la Galassia Nana del Triangolo II), possiede una massa costituita per il 99% circa da materia oscura, ma la sua principale caratteristica è quella di avere stelle abbastanza luminose da prestarsi agli studi chimici, più abbondanti che in ogni altra galassia nana ultra-debole fino ad oggi osservata.

Le galassie ultra–deboli sono reperti dell’epoca della nascita delle prime stelle dell’universo, orbitano la nostra galassia e grazie alla semplicità della loro composizione chimica possono essere di grande aiuto agli astronomi per comprendere la storia dei processi stellari risalenti a tale periodo, tra i quali quelli alla base della formazione degli elementi.

Molti elementi, infatti, nascono da processi di fusione nucleare, in cui due nuclei atomici fondono e rilasciano energia creando un diverso atomo, più pesante. Ma per gli elementi più pesanti dello zinco gioca un ruolo fondamentale il processo di cattura neutronica “rapido” (rapid in inglese, da cui “processo r“). La cattura neutronica è un tipo di reazione nucleare nella quale un nucleo atomico collide con uno o più neutroni, fondendosi per formare un nucleo più pesante.

I neutroni possono essere “catturati” lentamente, nel corso di lunghi periodi di tempo all’interno della stella, oppure in pochi secondi, quando un evento catastrofico provoca una raffica di neutroni che in pratica “bombarda” un’area. I diversi elementi vengono creati a seconda del tipo di processo di cattura neutronica che si verifica.

Le osservazioni condotte su Reticulum II hanno rivelato che in sette delle sue nove stelle più brillanti la concentrazione di elementi derivanti da processo di  cattura neutronica “rapido” è maggiore che in ogni altra galassia nana ad oggi osservata.

«Queste stelle hanno fino a mille volte più elementi derivanti dal processo rapido di cattura dei neutroni rispetto a qualsiasi altra stella osservata in galassie simili», spiega Alexander Ji, tra gli scienziati autori dello studio.

In precedenza, gli astronomi si sono divisi sulla possibilità che tali elementi siano prodotti in prevalenza da esplosioni di supernove o in luoghi cosmici più esotici, come ad esempio la fusione stelle di neutroni. Tuttavia, questa enorme presenza di elementi più pesanti in una galassia nana dimostra che la fonte di elementi derivanti dal processo di cattura dei neutroni di Reticulum II deve essere stato un evento raro e molto meno comune di una “normale” supernova.

«Una spiegazione della presenza di una tale quantità di elementi derivanti dal processo rapido di cattura dei neutroni potrebbe essere il verificarsi di un merger tra stelle di neutroni», propone Anna Frebel, sempre del MIT e co-autrice dello studio.

Il team spera che le osservazioni su altre stelle della galassia nana ultra–debole Reticulum II possano gettare ulteriore luce sull’origine degli elementi pesanti e la storia di formazione di questo sistema unico.

«In ragione delle sue dimensioni, così ridotte, questa galassia nana conserva testimonianze di antichi rari eventi in un modo estremamente chiaro», conclude Simon. «Siamo stati davvero fortunati ad aver trovato una galassia così importante e così vicina a noi».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “R-process enrichment from a single event in an ancient dwarf galaxy“, di Alexander P. Ji, Anna Frebel, Anirudh Chiti e Joshua D. Simon

Fonte: Media INAF | Scritto da Francesca Aloisio