Fuori dalla bolla!: L'origine degli atomi di oro nel nostro universo: r-process innescati da kilonovae e collapsars.

Proprio un anno fa il direttore del magazine Focus mi aveva chiesto di scrivere un articolo sul metallo prezioso per antonomasia, l'oro: dove si formano i suoi atomi, come sono arrivati sul nostro pianeta, dove esso si nasconda, quanto ne è stato estratto, quante si stima siano le sue riserve, e così via.

Preparata la bozza dell'articolo - pubblicato in seguito sul numero di febbraio 2021 - mi trovai a discutere con la redazione circa l'opportunità di indicare quale origine del processo di nucleosintesi definito "r-process" (dove r sta per rapid, e cioè una cattura rapida di neutroni che permette agli atomi di ferro di "arricchirsi" e trasformarsi in elementi più pesanti, tra i quali oro e platino) non soltanto la fusione di due stelle di neutroni, ma anche il collasso gravitazionale di una singola stella in rapida rotazione, qualora essa sia dotata di una massa sufficientemente grande.

La recente dislocazione di interferometri ottici (LIGO, VIRGO, & c) atti a rilevare il passaggio di onde gravitazionali generate da fenomeni quali la fusione tra due neutron stars - indicata con il termine "kilonova" - e, lavorando in gruppo, ad individuarne la direzione di provenienza, ne ha permesso l'osservazione diretta con mezzi convenzionali, cioè tramite strumenti in grado di raccogliere anche la radiazione elettromagnetica emessa ed indagarne lo spettro.

Ciò ha consentito di "vedere in diretta" l'impronta degli atomi di oro che venivano a formarsi, e di stimare la portata del fenomeno in termini di tonnellate prodotte dal singolo evento (naturalmente in proporzione alle masse coinvolte).

L'approntamento di modelli con i quali è stato possibile svolgere simulazioni numeriche su computers suggeriva tuttavia che anche un altro fenomeno sarebbe stato sufficiente per l'innesco della r-process: il collasso in buco nero di una vecchia stella in rapida rotazione dotata di una massa pari almeno a 30 volte quella del nostro Sole: una "collapsar", termine che deriva dalla crasi di "collapsed star".

Il ricorso all'opinione di un esperto esterno diede esito negativo: l'astrofisico contattato dalla rivista consigliò di limitarsi ad indicare le kilonovae quali esclusivi "fornitori di atomi d'oro" del nostro universo, vista la mancanza di osservazioni dirette di collapsars che testimonino la formazione di tale elemento e le posizioni discordanti in seno alla comunità scientifica.

Un articolo di Emiliano Ricci apparso sul numero attualmente in edicola di "Le scienze" (gennaio 2022), richiama quanto pubblicato sulla rivista MNRAS da un gruppo di astronomi guidato da Oliver Just del GSI.

Simulazioni numeriche relative a diverse configurazioni di buchi neri di grandi dimensioni suggeriscono come una r-process possa esser innescata anche da una collapsar qualora essa dia luogo ad un disco (in realtà si tratta di un toro) di accrescimento "caldo, denso, in veloce rotazione e con una massa compresa in un intervallo pari a 0.01 / 0.1 masse solari".

Tutto ciò in attesa di nuove osservazioni, simulazioni numeriche e verifiche con acceleratori di ioni pesanti.