{"id":9473,"date":"2021-01-11T10:24:27","date_gmt":"2021-01-11T09:24:27","guid":{"rendered":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9473"},"modified":"2021-01-11T10:24:30","modified_gmt":"2021-01-11T09:24:30","slug":"viaggio-allorigine-del-ferro","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9473","title":{"rendered":"Viaggio all\u2019origine del ferro"},"content":{"rendered":"\n

Lo spettrografo Winered del telescopio Ntt \u00e8 stato utilizzato per osservare l\u2019abbondanza di elementi chimici pesanti \u2013 come ferro e magnesio \u2013 nei quasar luminosi pi\u00f9 lontani. Queste fabbriche primordiali di elementi pesanti \u2013 grazie alle loro stelle massicce e supernove \u2013 gi\u00e0 2.4 miliardi di anni dopo il Big Bang ne avrebbero prodotti in quantit\u00e0 analoga agli oggetti celesti pi\u00f9 recenti, mantenendosi in linea con i modelli di evoluzione chimica dell\u2019universo<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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New Technology Telescope (Nnt), il telescopio di 3.58m dell\u2019Eso in Cile, a La Silla, sul quale \u00e8 montato lo spettrografo echelle Winered. Crediti: European Southern Observatory\/B. Tafreshi<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Il ferro \u00e8 uno di quegli elementi della tavola periodica di cui abbiamo esperienza continua e antichissima. Un meccanico ne possiede in quantit\u00e0 per gli strumenti e gli utilizzi pi\u00f9 disparati, uno storico lo collegher\u00e0 a una precisa e fondamentale epoca nella storia dell\u2019umanit\u00e0, un medico indicher\u00e0 un parametro del sangue, un nutrizionista un elemento essenziale per la salute e un astronomo \u2013 probabilmente \u2013 penser\u00e0 a una stella massiccia o a una supernova. Sono proprio quest\u2019ultime le fabbriche universali e primordiali del ferro<\/em>, i luoghi naturali in cui avvengono i processi in grado di sintetizzarlo. \u00c8 cos\u00ec che viene forgiato il primo anello della lunga catena di conoscenze e tecniche impiegate dalle discipline menzionate in precedenza.<\/p>\n\n\n\n

Studi di evoluzione stellare confermano e accrescono da decenni la consapevolezza che il ferro sia prerogativa delle stelle pi\u00f9 massicce,<\/em> oppure di una classe particolare di supernove che ha origine dai sistemi binari di stelle di massa intermedia che si fondono assieme \u2013 le supernovae di tipo Ia<\/strong><\/a>. Proprio a causa di uno strano meccanismo a catena innescato dalla produzione del ferro \u2013 per il quale la stella necessita un contributo energetico esterno,<\/em> invece di produrlo come durante la sintesi di qualunque altro elemento pi\u00f9 leggero, dal carbonio all\u2019ossigeno e fino all\u2019elio \u2013 una stella non riesce pi\u00f9 a vincere la pressione del suo stesso peso e continuare nella sintesi di elementi via via pi\u00f9 pesanti e \u2013 dopo questo ultimo, pesante sforzo \u2013 termina la propria vita stabile nella sequenza principale.<\/strong><\/a> La sintesi di elementi ancora pi\u00f9 pesanti<\/em> \u2013 cio\u00e8 con numero atomico superiore al ferro \u2013 ma altrettanto fondamentali per la vita, come il magnesio, \u00e8 dunque delegata ad altre sedi: una seconda classe di supernove<\/strong><\/a>, ad esempio, quelle prodotte proprio dall\u2019esplosione di una stella massiccia<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Nonostante le teorie di evoluzione stellare su questo siano abbastanza concordi, i dettagli precisi sull\u2019origine del ferro e degli altri elementi chimici pesanti \u2013 e, con essa, l\u2019epoca cosmica nel quale furono maggiormente prodotti \u2013 rimangono elusivi, e la loro indagine \u00e8 intimamente legata all\u2019origine di quelle stelle che per prime hanno cominciato a illuminare l\u2019universo,<\/strong><\/em> alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Per fare luce sul problema, molti ricercatori hanno studiato l\u2019evoluzione chimica dell\u2019universo utilizzando quasar lontani<\/strong>. Questo perch\u00e9 la storia associata alla formazione e all\u2019evoluzione delle stelle massicce \u00e8 destinata a guidare l\u2019evoluzione chimica<\/em>, oltre a far circolare materiale gassoso<\/em> e a fornire energia termica e cinetica all\u2019universo primitivo<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Gli elementi pesanti come il ferro o i cosiddetti alpha elements<\/strong><\/em><\/a> \u2013 come il magnesio \u2013 nelle cosiddette Broad line region<\/strong> (Blr<\/strong><\/a>) dei quasar (le regioni pi\u00f9 interne delle galassie) sono prodotti dall\u2019esplosione di supernove generate delle stelle abitanti la galassia ospite.<\/p>\n\n\n\n

Grazie a Winered<\/strong><\/a> \u2013 lo spettrografo Echelle montato al telescopio di 3.58m di diametro New Technology Telescope <\/strong>(Nnt<\/strong><\/a>) dell\u2019Eso<\/strong>, in Cile, con una elevata sensibilit\u00e0 nel vicino infrarosso<\/em> \u2013 un gruppo di ricercatori guidati da Hiroaki Sameshima<\/strong> dell\u2019istituto di astronomia dell\u2019universit\u00e0 di Tokyo<\/em> ha condotto una campagna osservativa volta a studiare gli elementi pesanti nei quasar luminosi nell\u2019universo primitivo,<\/em> antichi nuclei galattici ferocemente energetici che emettevano luce quando l\u2019universo aveva solo 2.4 miliardi di anni<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

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Risultati delle osservazioni sulle abbondanze chimiche dei quasar lontani<\/strong> effettuate con lo strumento Winered. Lo studio mostra che il rapporto Fe\/Mg dei quasar, 2.4 miliardi di anni dopo il Big Bang, \u00e8 simile agli oggetti celesti pi\u00f9 recenti.<\/strong> Le linee colorate rappresentano tre diversi modelli di evoluzione chimica dell\u2019universo, anch\u2019essi in accordo con i risultati dello studio. Crediti: Sameshima et al. 2020<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La progettazione e realizzazione di questo nuovo spettrografo, sottolineano gli autori, \u00e8 stata fondamentale per lo studio. A causa della strumentazione limitata infatti, tutte le precedenti osservazioni volte a indagare l\u2019origine dei metalli hanno riguardato principalmente stelle vecchie e vicine<\/em> \u2013 limitando il punto di vista e i risultati alla nostra galassia.<\/p>\n\n\n\n

\u00abMontando lo strumento Winered su un grande telescopio, possiamo vedere pi\u00f9 indietro nel tempo e possiamo osservare corpi pi\u00f9 lontani, o pi\u00f9 antichi<\/em>, rispetto a quelli considerati negli studi precedenti. Ora possiamo vedere dettagli di quasar vecchi pi\u00f9 di 10 miliardi di anni<\/em>\u00bb, spiega Sameshima. \u00abWinered \u00e8 un tipo speciale di spettrografo, pu\u00f2 identificare le impronte chimiche presenti nella luce emessa da corpi lontani<\/strong>. Ci ha rivelato infatti le impronte digitali di ferro e magnesio nella luce di questi quasar, e questo ci ha permesso di calcolare l\u2019abbondanza di questi elementi quando l\u2019universo era molto pi\u00f9 giovane dell\u2019et\u00e0 alla quale si erano potuti spingere gli studi precedenti\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

Combinando gli spettri ottenuti di Winered con gli spettri ottici della survey<\/em> Sdss<\/strong><\/a>, Sameshima e collaboratori hanno misurato le righe di emissione di magnesio e ferro, trovando che il loro rapporto non evolve rispetto ai dati ottenuti a redshift<\/em> pi\u00f9 bassi da altri studi, e trovandosi in accordo con i modelli di evoluzione chimica dell\u2019universo. Questo risultato non solo conferma quanto atteso dalla teoria, ma funge da validazione di alcune assunzioni e correzioni statistiche di cui lo studio si \u00e8 avvalso per sopperire, ad esempio, ai limiti circa il campione osservato.<\/p>\n\n\n\n

Una esaustiva comprensione della chimica dell\u2019universo e della genesi degli oggetti pesanti \u2013 ad esempio, quanto del ferro che abbiamo nelle nostre vene proviene dall\u2019inizio della storia del cosmo e quanto invece \u00e8 stato prodotto vicino a noi?<\/em> \u2013 dovr\u00e0 passare attraverso l\u2019aumento della statistica osservativa dei quasar lontani,<\/em> e considerare anche quelli meno luminosi. Questo ulteriore passo sar\u00e0 possibile utilizzando grandi telescopi, tra cui Tao<\/strong><\/a>, il prossimo da 6.5 m ottimizzato per l\u2019infrarosso costruito in Cile dal progetto Tokyo Atacama Observatory<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Per saperne di pi\u00f9:<\/strong><\/p>\n\n\n\n