Siamo polvere di stelle

Secondo le teorie cosmologiche più accreditate in ambito astrofisico, l'Universo primordiale era costituito solamente da pochi elementi chimici, sostanzialmente solo Idrogeno ed Elio. Questi due atomi sono infatti i più semplici in natura, essendo costituiti dal minor numero di protoni, neutroni ed elettroni. Uno dei quesiti fondamentali per la comprensione dell'evoluzione dell'Universo e' quindi l'origine dei circa 100 elementi oggi presenti sul nostro pianeta.

E' in qualche modo ovvio che questi debbano essere sintetizzati a partire dagli atomi di Idrogeno ed Elio disponibili fin dalle epoche più remote: ad esempio alcuni elementi molto semplici si possono formare per "spallazione", cioè a causa di collisioni energetiche tra atomi di Idrogeno/Elio e/o radiazione.

Tuttavia, la sintesi degli elementi cosiddetti "pesanti" non può avvenire spontaneamente nei freddi spazi interstellari, ma richiede ben determinate condizioni di pressione e temperatura, necessarie per innescare le reazioni di fusione nucleare. Tali condizioni sono tipicamente soddisfatte nelle regioni più interne delle stelle. Nelle prime fasi della propria vita, queste producono energia dalla conversione di due atomi di Idrogeno in uno di Elio, ma durante la loro evoluzione possono avere diversi cicli di bruciamento, che utilizzano gli atomi sintetizzati durante i cicli precedenti come nuovo "combustibile" per reazioni sempre più complesse. In questo modo vengono via via prodotti elementi sempre più "pesanti" (tra cui il Carbonio e l'Ossigeno così necessari allo sviluppo della vita sulla Terra come noi la conosciamo), fino alla produzione del Ferro. Fino a questo elemento la stella, infatti, ha potuto riutilizzare gli elementi da essa stessa sintetizzati, dal momento che le fusioni nucleari fin qui considerate sono reazioni che permettono di estrarre energia come risultato della fusione (ad esempio combinando due atomi di Idrogeno si ottiene un atomo di Elio più un rilascio di energia). Al contrario, per fondere due atomi di Ferro è necessario fornire energia al sistema dall'esterno: per questo motivo, gli elementi più pesanti del Ferro si possono formare solo nell'ambito di alcuni degli eventi più energetici dell'Universo, le esplosioni delle stelle sotto forma di Supernova. Durante queste ultime, traumatiche fasi della vita stellare vengono quindi sintetizzati gli elementi più pesanti, compresi molti elementi radioattivi (ad esempio l'Uranio ed il Torio). Altri elementi, infine, sono il risultato del decadimento di questi elementi radioattivi in atomi stabili.

L'importanza delle esplosioni di supernova non e' solo limitata alla produzione degli elementi più "pesanti" del Ferro. Infatti, durante questi eventi gli strati esterni della stella, e con essi gli elementi che essa ha prodotto nel corso della propria evoluzione, vengono espulsi nello spazio interstellare, andando ad arricchire il gas. In questo modo, nuovi elementi sono messi a disposizione della successiva generazione di stelle e pianeti che dal quel gas si formeranno, e così via fino a distribuire i nuovi elementi in tutta la galassia.

FABIO FONTANOT

In una splendida immagine ripresa dal Telescopio Spaziale Hubble, la Nebulosa del Granchio, quel che resta dell'esplosione di una Supernova: fenomeni come questo disperdono i metalli prodotti della stella durante la sua evoluzione nel mezzo interstellare circostante. Immagine NASA/ESA.