Qual è il ruolo delle stelle di neutroni nella formazione degli elementi pesanti?

Le stelle molto più grandi del nostro Sole, con masse che superano di 10 o 20 volte quella del Sole stesso, si arrendono alla propria gravità quando non sono più sostenute dal calore della fusione nucleare. Questo collasso deforma lo spazio-tempo in modo talmente profondo che la materia sprofonda al suo interno. E così emergono i magnifici buchi neri che punteggiano l’Universo. Eppure, c’è un altro tipo di oggetto celeste che gioca un ruolo particolarmente importante nella produzione di nuovi atomi. Si tratta delle stelle di neutroni, ammassi estremamente densi e compatti. Immaginate una massa leggermente superiore a quella del Sole compressa in una sfera dal raggio di circa 10-20 chilometri.

Nel 2017, per la prima volta, l'effetto della collisione tra due stelle di neutroni è stato misurato grazie all'osservazione delle onde gravitazionali. Un’enorme quantità di elementi pesanti è stata osservata fuggire dalla collisione, che ha liberato incredibili quantità di energia. E, sorprendentemente, sono emersi anche il platino e l'oro in enormi quantità, l'equivalente di decine di volte la massa della Terra. Ecco dunque il meccanismo attraverso cui si forma tutto l’oro del mondo e il platino della tiara della regina. Una meravigliosa e distante collisione cosmica, del tutto inaspettata.

L’Universo è un mondo indubbiamente plurale, turbolento, che fonde e si ricompone continuamente, pieno di assalti e tempeste. Alchimie e meccanismi da cui emergono, e qui sta la bellezza, altre meraviglie. Le galassie, per esempio, non sono isole isolate che fluttuano ignare e solitarie in una notte eterna e opaca. La gravità ama giocare con loro. Esse si abbracciano, si fondono, oppure si stuzzicano l’una con l’altra sfiorandosi, rubandosi qualche stella. Ma non è tutto. Le galassie più grandi possono persino divorare quelle più piccole. Si crede che ci siano poche galassie nell’Universo che non abbiano subito eventi brutali di questo tipo. Solo se due galassie si sfiorano a una velocità superiore a quella con cui si allontanano dai rispettivi campi gravitazionali—la velocità con cui diventano inevitabilmente legate e iniziano la danza verso la fusione—la faccenda si conclude lì, probabilmente senza conseguenze. Le stelle, i pianeti e i mondi contenuti in ciascuna di esse potrebbero restare ignari.

Anche la nostra bella galassia ha avuto una vita turbolenta ed è cresciuta nel tempo, attraendo galassie più piccole e ammassi di stelle, che poi si sono fusi con il resto. I dati della missione Gaia dell'ESA lo dimostrano chiaramente. La Via Lattea sta attualmente, e molto lentamente, inghiottendo la galassia nana di Sagittario e i suoi pochi milioni di stelle. E il contenuto stellare dell'anello interno della Via Lattea sembra essere dominato dai detriti delle galassie nane satelliti, come Gaia-Enceladus, che si sono fuse con la Via Lattea circa 8-11 miliardi di anni fa. L'attrazione tra la Via Lattea e Sagittario dura da molto tempo, e come mostrano vari studi internazionali basati sui dati di Gaia, questi incontri hanno avuto un ruolo importante nell’evoluzione della nostra galassia. Il primo incontro ravvicinato risale a circa 5-6 miliardi di anni fa, seguito da un altro circa 2 miliardi di anni fa, e infine un terzo circa un miliardo di anni fa. Così, da miliardi di anni, Sagittario ci visita ogni tanto, portandoci nuove stelle e divertendosi a modificarne la forma un po' ogni volta. E sembra che uno di questi incontri abbia avuto davvero effetto su di noi.

Il Sole, che si è formato circa 4,6 miliardi di anni fa dopo il collasso di una enorme nube di gas e polvere, potrebbe essere una delle stelle nate durante quel primo incontro gravitazionale con il nostro piccolo vicino. Le galassie si allontanano e si avvicinano. Come apprenderemo, Edwin Hubble dedusse l'espansione dell'Universo osservando il redshift nella luce delle galassie, che indicava che si stavano progressivamente allontanando. Ma, se guardiamo la Galassia di Andromeda, un’altra vicina, vediamo che la sua luce non è redshiftata, ma blueshiftata. Attenzione! Andromeda sta arrivando verso di noi. Andromeda e la Via Lattea sono le due galassie più grandi tra le poche decine che formano il Gruppo Locale. Andromeda è più massiccia, con trilioni di stelle, mentre la nostra galassia è più modesta, con solo poche centinaia di miliardi di stelle. Sono abbastanza vicine, sebbene l’espansione dell'Universo le stia separando a circa 60 km al secondo. Ma questo non basta a fermare l'inevitabile attrazione fatale. Andromeda, che dista circa 2,5 milioni di anni luce da noi, si sta dirigendo dritta verso di noi. La Via Lattea e Andromeda si stanno effettivamente avvicinando l’una all’altra a circa 100 km al secondo. In circa 4,5 miliardi di anni, l'incontro—l'abbraccio? la collisione?—tra queste due galassie, le prime a popolare il nostro cielo, sarà spettacolare. E silenzioso. In un vasto spazio vuoto che non conosce il suono. Un movimento lento e poetico, che, senza alcun Bang!, trasformerà i mondi esistenti in qualcos’altro. È un futuro deterministico e scritto dal quale non possiamo sfuggire. Un senso di finitezza, per usare un termine del filosofo Telmo Pievani, che può spaventarci o liberarci.

La gravità, re di tutti, è il padrone indiscusso dell'Universo, il protagonista senza rivali. Essa imprigiona la luce, frantuma le galassie, si trasforma in tremori. E la sua mano invisibile è responsabile di molte attrazioni fatali. Tranne una. Come disse Einstein, la gravità non può essere accusata per le persone che si innamorano.

Come la Teoria delle Stringhe e il Multiverso Stanno Riformulando il Nostro Concetto di Universo

Le dimensioni aggiuntive, che possono essere ripiegate su se stesse in innumerevoli modi, offrono una visione radicalmente nuova del nostro cosmo. La possibilità di “compattificazioni” che potrebbero produrre leggi fisiche plausibili è stimata essere pari o maggiore di 10 elevato alla potenza di 500: un numero incredibile, un 10 seguito da 499 zeri, rappresentante i possibili universi che potrebbero esistere. Questo scenario è noto come il paesaggio delle stringhe. In questo contesto, possiamo immaginare che ogni diversa tipologia di teoria delle stringhe descriva uno degli universi creati durante l'inflazione eterna: le dimensioni extra possono essere arrotolate in modi differenti in ciascuna bolla, creando universi con costanti fisiche differenti.

L'inflazione cosmica, pertanto, potrebbe continuare ad avvenire in angoli remoti del cosmo, creando mondi che fanno parte di un vasto "multiverso" nel quale tutti gli universi sono incastonati. Il nostro Universo, quindi, non sarebbe che una bolla fluttuante in una schiuma cosmica. Ma quale sarà il destino del nostro Universo? Non è facile dirlo. La teoria più accettata al momento suggerisce che stiamo andando incontro a un “Big Freeze”. La quantità di energia oscura sembra sufficientemente alta da garantire un'espansione indefinita dell'Universo, ma non abbastanza per superare l'attrazione gravitazionale che tiene insieme le galassie. Ineluttabilmente, quando ogni stella avrà completato il proprio ciclo vitale, l'Universo sarà dominato da buchi neri che, come ipotizzato da Stephen Hawking, si evaporano lentamente emettendo radiazione a causa degli effetti quantistici. Alla fine, si raggiungerà una morte termica, uno stato in cui l'energia sarà distribuita uniformemente in un Universo in perfetto equilibrio. Come cantava Bob Dylan in “Not Dark Yet,” non siamo ancora arrivati, ma prima o poi lo faremo.

Un altro possibile scenario è quello del “Big Bounce”, nel quale l'Universo sembra respirare, alternando fasi di espansione a fasi di contrazione, un "Big Crunch", dove la materia si condensa, le temperature salgono e le particelle fondamentali si muovono indipendentemente l'una dall'altra, liberandosi dai nuclei, fino a quando la concentrazione non raggiunge livelli abbastanza alti da innescare una nuova espansione e una nuova creazione. Se la costante cosmologica non fosse veramente costante, potrebbe anche verificarsi una lacerazione violenta, o “Big Rip”, che spezzerebbe tutta la materia e persino lo spazio-tempo stesso.

Come sintetizzava in una delle sue citazioni più celebri Blaise Pascal, lo sguardo verso il cielo può suscitare una potente sensazione di vertigine: "Il silenzio eterno di questi spazi infiniti mi spaventa". È davvero difficile guardare il cielo e restare indifferenti. Materia oscura. Energia oscura. Antimateria. Multiversi. Gravità quantistica. Misteri. Destino. Stiamo navigando attraverso punti di riferimento mutevoli, lasciandoci alle spalle vecchie convinzioni, incontrando osservazioni sorprendenti, e assistendo a tecnologie che evolvono. In attesa impaziente di nuove misurazioni, domande inedite e intuizioni fresche. È un desiderio che non finisce mai. È la scienza. La più grande di tutte le avventure.

Per il lettore, è fondamentale comprendere che questi concetti non sono solo speculazioni teoretiche, ma stanno al centro di una ricerca scientifica in continuo sviluppo. Il paesaggio delle stringhe, per esempio, offre uno scenario nel quale diverse leggi fisiche potrebbero essere applicabili a differenti universi, ponendo interrogativi sulla natura delle leggi che regolano il nostro mondo. Inoltre, l'idea di un multiverso non è solo affascinante ma implica anche una riflessione profonda sulla nostra posizione nell'infinito. La fine del nostro Universo potrebbe avvenire in modi che sfidano le nostre concezioni di tempo e spazio, mettendo in discussione la stabilità stessa dell'universo conosciuto. Ciò che oggi ci sembra assoluto e immutabile potrebbe rivelarsi solo un capitolo di una storia molto più grande e complessa.