30/07/15

Un mistero quasi risolto: la seconda fabbrica del litio **

Penso che un po’ tutti abbiano sentito parlare, almeno una volta, del mistero del litio mancante. Un problema che continua ad assillare gli astrofisici da molti anni. Ma, invece di trovare la soluzione definitiva per questo enigma, si è aggiunto, nel tempo, mistero a mistero: il litio diventa abbondante nelle zone più “moderne” della nostra galassia… Finalmente, grazie a un gruppo di ricercatori italiani, si è trovata la “pistola fumante”, ossia un oggetto capace di produrre il litio presente oggi nella Via Lattea. Oltre a risolvere la seconda parte del mistero, la scoperta aiuta a confermare anche le ipotesi per la prima parte, dato che non vi è alcun bisogno di far sopravvivere il litio originario.

Nei primissimi minuti dell’Universo, si sono formati alcuni elementi senza nessun bisogno di stelle (per formare le prime sarebbero stati ancora necessari centinaia di milioni di anni). Stiamo parlando della nucleosintesi primordiale, quella che ha prodotto gli atomi di idrogeno, di elio e di litio, gli unici elementi che il Big Bang era riuscito a tirar fuori dal suo “magico” cappello. In effetti, erano più che sufficienti per permettere, in seguito, a un Universo molto più freddo, di agglomerare materiale primordiale e “schiacciarlo” a tal punto da dare il via alle reazioni nucleari capaci di formare tutti gli elementi più pesanti.

L’idrogeno e l’elio erano gli elementi fondamentali e fanno bella mostra di sé nel Cosmo, soprattutto nelle stelle più antiche che ancora non hanno dato fuoco alle polveri e non hanno regalato i loro prodotti allo spazio circostante. Proprio queste stelle rappresentano il sistema più primitivo di formazione, ottenuto a partire da quel poco che vi era a disposizione, senza l’aiuto di elementi più pesanti.  Sono le stelle di popolazione II (e sicuramente anche III se finalmente si riuscissero a confermare definitivamente... NEWS Trovate le stelle di popolazione III), in cui si dovrebbero vedere abbastanza bene le abbondanze originarie degli elementi costruiti dal solo Big Bang. In realtà, lo studio della radiazione cosmica di fondo conferma il modello evolutivo e dà una stima piuttosto buona delle quantità dei tre elementi primitivi.

Il problema nasce, quindi, nelle stelle più antiche. Esse mostrano correttamente certe abbondanze di idrogeno ed elio, ma sembrano aver perso per strada quasi tutto il litio. Eppure dovrebbe esserci! Tuttavia, una spiegazione potrebbe anche esistere. Il litio è un elemento abbastanza “delicato” e si possono ipotizzare vari processi all’interno delle stelle in formazione (dovuti a un caotico e turbolento mescolamento in quelle sfere sempre più calde), capaci di distruggere il litio originario e farlo sparire dalla circolazione. Un mistero che potrebbe anche considerarsi risolto.

Come già accennato, però, i problemi non vengono mai soli… Nelle stelle più giovani, di popolazione I, che si sono formate attraverso i regali dei loro genitori, il litio compare di nuovo ed è molto abbondante, più di quanto ci si aspettasse se quello primordiale si fosse conservato. Una prova in più si ha anche nelle meteoriti che, in qualche modo, recano i segnali della composizione galattica più recente.

Tanta fatica per accettare e dimostrare che il litio è sparito ed ecco che adesso ricompare più in forma che mai! L’unica possibilità logica è che quello che si vede oggi si sia formato nelle stelle attraverso processi che poco hanno a che fare con quelli legati al litio primordiale.

Il problema è che il litio è difficile da formare nelle stelle (è molto più facile distruggerlo…) e bisogna trovare particolari tipi di esplosioni capaci di produrlo e di mantenerlo. Ci vuole una strategia molto accurata e un tempismo perfetto. Il litio, come detto, è molto delicato e patisce le alte temperature, mentre può sopravvivere a quelle più basse. L’idea era che tutto partisse dal berillio, che non ha problemi a formarsi a decine di milioni di gradi, attraverso l’unione di particelle alfa e atomi di elio. Questo berillio deve poi essere trasportato velocemente nelle zone più esterne dell’oggetto celeste dove il clima è più accettabile, con temperature dell’ordine dei milioni di gradi.

A questo punto il berillio può tranquillamente decadere trasformandosi in litio in condizioni “vivibili”. E’ poi necessario che questo litio venga espulso dall’oggetto celeste e vada libero per lo spazio ad accumularsi su stelle più giovani e sui suoi pianeti.

Tra i tanti oggetti che potrebbero dar luogo a questo processo così preciso e rigoroso, esistono le nove. Anzi sarebbero proprio le esplosioni ideali… per tanti motivi di carattere evolutivo. Tuttavia, tra il dire e il fare c’è di mezzo il … litio. L’ipotesi era bella, ma andava confermata. E qui entra in ballo la pistola fumante, ossia la Nova Centauri del 2013, visibile perfino a occhio nudo.

La Nova Centauri 2013, osservata nel luglio 2015, è la stella più luminosa al centro dell’immagine. Essa è stata ottenuta ben 18 mesi dopo la vera e propria esplosione. Fonte: ESO.
La Nova Centauri 2013, osservata nel luglio 2015, è la stella più luminosa al centro dell’immagine. Essa è stata ottenuta ben 18 mesi dopo la vera e propria esplosione. Fonte: ESO.

Osservazioni spettroscopiche ad alta risoluzione hanno visto ciò che non si era mai visto prima: litio che veniva espulso a due milioni di chilometri all’ora. Non tanto, poche tracce, ma facendo il conto dei miliardi di nove che sono esplose durante la vita della Via Lattea, i conti sembrano proprio tornare.

Ormai, la caccia è aperta e bisogna scegliere i fucili migliori per scovare il litio nelle altre nove. Il primo passo, comunque, è stato fatto!

Articolo originale QUI

 

Ma che fine ha fatto il litio primitivo? Ne parliamo QUI

NEWS!  Grazie al litio, ALMA scopre il contributo dato da una nana bruna alla Nova del 1670 documentata da Hevelius

5 commenti

  1. Mario Fiori

    Interessante Enzo,ma solo le Nove o anche le sorelle maggiori Super; se non sbaglio si parla di tracce di Litio negli strati antichi della Terra dovuti a simili esplosioni...o forse ho ancora sonno e mi confondo.

  2. per il momento sembra di no... forse perché le temperature non permettono al litio di sopravvivere. Ma, chissà...

  3. Diego

    Secondo la teoria cosmologica moderna il litio, sotto forma dei suoi due isotopi più stabili litio-6 e litio-7, era fra i 3 elementi sintetizzati nel Big Bang.
    Sebbene la quantità di litio prodotta dalla nucleosintesi del Big Bang dipenda dal numero di fotoni per barione, è possibile calcolare con una buona approssimazione l'abbondanza di tale elemento nell'universo.
    Sorprendentemente ci si rende conto che vi è una sorta di "discrepanza cosmologica" riguardo il litio: stelle più vecchie sembrano avere meno litio di quanto dovrebbero averne mentre le stelle più giovani ne presentano quantità superiori rispetto a quanto ci si aspetterebbe da loro.
    La mancanza di litio nelle stelle più anziane è apparentemente causata dal "mescolamento" continuo del litio nel nucleo stellare, dove alla fine viene distrutto (cioè trasformato in altro).
    Come già anticipato, inoltre, le stelle di generazione recente hanno livelli di litio più alti del normale, sebbene questo eccesso si tramuti facilmente in due atomi di elio a causa della collisione con un protone a temperature superiori ai 2,4 milioni di gradi Celsius, temperatura tipica dei nuclei stellari.
    Ad oggi non sono state ancora ben chiarite le cause di questo anomalo aumento di litio.
    Nonostante sia stato il terzo elemento (insieme a idrogeno ed elio) ad essere stato sintetizzato nel Big Bang, il litio, come anche il berillio e il boro, è nettamente meno abbondante rispetto agli altri elementi in posizioni vicine.
    Ciò si spiega considerando che bastano temperature relativamente basse per distruggere gli atomi di litio e mancano processi comuni in grado di riprodurlo.
    Il litio si trova anche in alcune nane brune e in stelle arancioni anomale.
    Poiché il litio è presente nelle più fredde e meno massicce nane brune ma è distrutto nelle più calde nane rosse, la sua presenza negli spettri delle stelle può essere utilizzata nel lithium test ("test al litio") per differenziare i due tipi di stella, in quanto entrambi più piccoli del Sole.
    Le stelle arancioni talvolta hanno un'elevata concentrazione di litio (come Centaurus X-4). Questo genere di stelle spesso orbita nei pressi di un corpo celeste con un intenso campo gravitazionale (stella di neutroni o buco nero) in grado di attirare in superficie il litio più pesante, permettendo agli astronomi di osservarne di più e di ottenere spettri diversi. :)

  4. caro Diego,
    mi fa piacere che tu abbia voluto andare più a fondo nel problema del litio. Tuttavia, stiamo attenti a non dire cose poco ... serie, tipo: "2,4 milioni di gradi Celsius, temperatura tipica dei nuclei stellari". Se fosse così, le stelle sarebbero luoghi molto freddi... :wink: . Ricordiamo che le temperature del nucleo variano con le dimensioni e possono giungere fino a miliardi di gradi. In ogni modo per innescare la fusione dell'idrogeno deve giungere ad almeno dieci milioni di gradi...
    Inoltre, sembra quasi che il litio originario si sia conservato in particolari condizioni, mentre, invece, oggi si assume che sia stato del tutto ricostruito e che quello che vediamo è frutto della seconda generazione di litio... come dice, appunto, il nuovo lavoro.

  5. Diego

    Ok Enzo ne prendo atto grazie per le tue precisazioni. :wink:

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