Kilonove, fabbriche di metalli pesanti
Pubblicato su Nature un nuovo studio sulle kilonove, eventi straordinari e violentissimi legati alla fusione di corpi celesti. Grazie al lavoro di ricercatori dell’Università di Roma Tor Vergata e di INAF, documentato il loro ruolo nella produzione di metalli pesanti nell’Universo
Le kilonove, le esplosioni astronomiche che derivano dalla fusione di oggetti celesti super compatti, appartengono a una rara classe di eventi osservati nel cielo. Questi eventi catastrofici sono caratterizzati da lampi gamma (Gamma-ray bursts; GRBs) brevi, che durano di solito meno di 2 secondi, tranne alcune eccezioni, tra cui il GRB 230307A piuttosto lungo - circa 40 secondi - rilevato nel 2023.
Yuhan Yang, postdoc in Astrofisica ed Eleonora Troja, professoressa associata di Astrofisica del dipartimento di Fisica a Roma Tor Vergata e associata a INAF-Istituto Nazionale di Astrofisica, firmano un nuovo studio pubblicato su Nature che analizza l’evoluzione temporale delle kilonove e il loro coinvolgimento nella produzione di elementi pesanti, noti come lantanoidi o, più comunemente, terre rare. Questi metalli fanno parte della nostra quotidianità: si trovano negli smartphone, nelle lampade e nelle batterie delle auto elettriche.
Secondo gli astronomi, nei giorni successivi a un evento di fusione, l’evoluzione della kilonova è essenzialmente caratterizzata dal decadimento radioattivo degli elementi più pesanti del ferro, sintetizzati durante la fusione. Nel periodo che va da una settimana a un mese, ci si aspetta che il comportamento della kilonova diverga sulla base della composizione del materiale rilasciato e di ciò che rimane lì dove è avvenuta la fusione. “Di solito non si osservano le kilonove per così tanto tempo, ad eccezione di AT2017gfo, che è stata la prima e l’unica kilonova con segnali di onde gravitazionali finora osservata” spiega Yuhan Yang. Negli anni passati il telescopio spaziale Spitzer aveva osservato AT2017gfo mesi dopo la fusione, ma sfortunatamente il debole segnale non aveva permesso di identificare la presenza di terre rare, lasciando comunque un pezzo mancante del puzzle.
Nella ricerca pubblicata su Nature sono state invece riportate le osservazioni legate a GRB 230307A. L'inizio della kilonova è stato identificato dalle osservazioni di questo GRB dopo un giorno. Lo studio è stato prorogato per due mesi dopo il lampo gamma. La sensibilità e la visione multicolore del telescopio spaziale Hubble e del telescopio spaziale James Webb hanno permesso di risolvere un pezzo cruciale del puzzle, ovvero l’evoluzione ‘tardiva’ di una kilonova.
“È stato emozionante studiare una kilonova come mai l'abbiamo vista grazie ai potenti occhi dei telescopi Hubble e James Webb Space Telescope” ha commentato Eleonora Troja. “Nei primi pochi giorni il comportamento di una kilonova non varia a seconda della sua composizione chimica. Ci vogliono settimane per capire quali metalli sono stati forgiati nell’esplosione e noi non abbiamo mai avuto la possibilità di osservare una kilonova così a lungo. Ora per la prima volta abbiamo potuto verificare che i metalli più pesanti del ferro e dell’argento si sono formati davanti ai nostri occhi”.
I ricercatori spiegano che il rapido processo di cattura dei neutroni, il cosiddetto processo r, produce elementi più pesanti del ferro. La presenza di terre rare derivate dal processo r è cruciale per spiegare la brillante luce infrarossa proveniente da GRB 230307A. Questo conferma che le kilonove giocano un ruolo significativo nella creazione degli elementi più pesanti nell’Universo.
Photo Credits
Figure 1: Immagine artistica della danza ‘suicida’ di due stelle di neutroni prima di trasformarsi in kilonova.
Credit: Clara & Sofía López Martín (Freepik) / Alberto J. Castro-Tirado (IAA-CSIC/UMA)
Figure 2: Immagine artistica di GRB 230307A. L’immagine è stata realizzata da Yuhan Yang grazie all’ AI-tool Dreamina.