Risolto il mistero del litio mancante

E’ stato osservato per la prima volta da un team internazionale di astronomi il Litio prodotto nell’esplosione di una stella nova: un tassello importante per spiegare l’evoluzione chimica della Via Lattea. Il Litio è, infatti, uno degli elementi più leggeri ed enigmatici presenti nell’Universo, è terzo nella tavola periodica degli elementi, dopo Idrogeno ed Elio, e in natura il suo nucleo ospita tre protoni e normalmente quattro neutroni. Il Litio è uno degli elementi primordiali, cioè prodotto nella nucleosintesi del Big Bang durante i famosi “primi tre minuti”. Recentemente l’applicazione del modello cosmologico standard ai dati ricavati dal satellite Planck ha permesso di misurare il valore della sua abbondanza primordiale con grande precisione. Prima di queste misure, si pensava che l’abbondanza di Litio osservata nelle stelle più vecchie, nate cioè poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, dovesse riflettere la sua abbondanza primordiale. Ma questo fatto, sorprendentemente, non è stato osservato: le atmosfere delle stelle vecchie, come quelle dell’alone galattico, per esempio, mostrano abbondanze pressoché simili (il famoso Spite plateau) ma con valori del Litio inferiori alle aspettative dei modelli cosmologici. Questa discrepanza ha rappresentato e tuttora rappresenta il problema del Litio primordiale: (http://www.media.inaf.it/2012/09/06/il-problema-del-litio-mancante/) benché si siano suggerite varie soluzioni grazie allo studio dei processi di “mescolamento” (diffusione e mixing turbolento, in linguaggio tecnico) che avvengono all’interno delle stelle e che concorrono a consumare il quantitativo iniziale di Litio dato in dote a ciascuna stella nata dal gas arricchito dalla nucleosintesi del Big Bang. «Negli ultimi 30 anni si è però palesato un secondo problema» – spiega Luca Izzo, primo autore dell’articolo- «l’osservazione delle stelle più giovani mostrava che l’abbondanza di Litio aumentava in modo imprevisto fino a valori dieci volte superiori rispetto a quelli osservati nelle stelle più vecchie e anche superiore rispetto alle abbondanze primordiali. Queste misure, confermate da osservazioni spettroscopiche ripetute negli anni da diversi team di astronomi, rappresentavano un vero rompicapo, in quanto il Litio è un elemento molto “fragile” che oggi sappiamo distruggersi facilmente all’interno delle stelle a temperature relativamente basse (in senso astrofisico) di pochi milioni di gradi». Era quindi evidente che esisteva un altro meccanismo astrofisico, oltre al Big Bang, in grado di produrre il Litio che arricchiva chimicamente il gas della Via Lattea e dal quale successivamente nascevano stelle ricche di questo elemento. Tra i candidati più papabili c’erano innanzitutto le stelle di tipo AGB, i raggi cosmici e le stelle novae, un particolare tipo di esplosioni stellari che avvengono in sistemi binari sulla superficie di una nana bianca che cannibalizza la stella compagna. Mentre nel caso dei raggi cosmici il Litio viene prodotto dalla frammentazione di elementi più pesanti dovuta a protoni accelerati (raggi cosmici per l’appunto), negli altri due meccanismi la formazione del Litio si ha dal decadimento di un isotopo del Berillio (7Be), che è prodotto dalle reazione termonucleari che avvengono nelle stelle. «Modelli di evoluzione chimica della Galassia messi a punto nei primi anni ‘90 assieme a Franca D’Antona e più recentemente con Donatella Romano» – commenta Francesca Matteucci – «hanno mostrato che stelle AGB e raggi cosmici da soli non riuscivano a spiegare la quantità di Litio osservata nelle stelle giovani, per cui il ruolo delle novae, anticipato su base teorica da Sumner Starrfield e collaboratori negli anni ’70 poteva essere la soluzione di questo problema».
Recentemente un team di giapponesi ha riportato la detection di un’abbondanza anomala di 7Be negli spettri della nova V339 Del, che poteva rappresentare una prova, seppure indiretta, della produzione di Litio durante una esplosione di nova (http://www.media.inaf.it/2015/02/18/novae-fabbriche-di-litio-nelluniverso/), ma del Litio, ancora nessuna traccia. «Mancava la smoking gun» – aggiunge Massimo Della Valle – «il nostro team ha invece osservato nei giorni immediatamente successivi all’esplosione della nova V1369 Cen, una riga in assorbimento, che un’analisi dettagliata mostrava corrispondere alla riga del Litio (7Li), spostata verso il blu, per effetto Doppler, di 550 km/s, la stessa velocità misurata per altri elementi come Idrogeno, Ferro, Ossigeno, Sodio e Potassio espulsi dall’esplosione della stella nova. Questa coincidenza non ha lasciato molto spazio ad interpretazioni alternative, che pure sono state prese in considerazione. L’analisi dei dati ha poi permesso di stimare la massa di Litio prodotta dall’intera popolazione delle stelle novae galattiche e risulta essere sufficiente a spiegare l’abbondanza di questo elemento nella Via Lattea». Questo risultato è stato ottenuto grazie all’utilizzo coordinato di diversi telescopi, dislocati nel deserto di Atacama in Cile, dell’ESO/MPI e di università e istituti di ricerca Cileni. Oltre a Luca Izzo post-doc, Sapienza, Roma/ICRANet Pescara, hanno collaborato al lavoro astrofisici provenienti da centri di ricerca italiani e stranieri, tra i quali: Donatella Romano (INAF-Bologna), Elena Mason (INAF-Trieste), Francesca Matteucci (Dipartimento di Fisica, Trieste), Massimo Della Valle (INAF-Napoli), Luca Pasquini (ESO), Leonardo Vanzi (PUC-Chile), Bob Williams (STScI, Baltimore).
Redazione Media Inaf

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