Una stella di neutroni è ciò che resta di una stella massiccia (ossia grande almeno 10 volte il nostro Sole), una volta terminati i bruciamenti termonucleari che portano alla produzione di
ferro. La massa di una stella
di neutroni è solo 2-3 volte la massa del Sole, perché se fosse più grande, la struttura collasserebbe in un buco nero (N.B.: molta della massa iniziale è stata persa durante le fasi evolutive precedenti).
In una stella di neutroni
la densità è spaventosamente elevata (un centimetro cubo pesa circa 200 milioni di tonnellate, che sulla Terra equivarrebbero a un cubo di marmo con lati lunghi più di 400 metri!!!). Le estreme condizioni fisiche di questo sistema (in particolare l’elevatissima gravità, cento
miliardi di volte più intenso che sulla Terra) fa si che al suo interno sia presente un grande numero di neutroni (cosa che, come abbiamo visto, non avviene nelle altre stelle o nelle fasi evolutive precedenti). E’ quindi
facile immaginare che all'interno di queste stelle si possa sviluppare una ricca nucleosintesi. Il problema però è che la densità così elevata non permette la produzione di alcun elemento (in pratica la struttura è
"congelata"). La situazione risulterebbe però completamente diversa
se di stelle di neutroni ce ne fossero due, ossia quando siamo in presenza di un sistema binario di stelle di neutroni.
In questi sistemi,
le due stelle di neutroni spiraleggiano una intorno all’altra sino a che avviene il contatto e le due strutture
si fondono
(Neutron Stars Merger, NSM, idealmente rappresentato in Figura 11). A quel punto si produce un’immane esplosione cosmica (per farla semplice, in realtà le cose sono un pochino più complesse). Al momento
del contatto si producono, tra le altre cose, onde gravitazionali (ipotizzate da Albert Einstein circa 100 anni fa).
Il 17 agosto del 2017, gli interferometri VIRGO e LIGO hanno osservato onde gravitazionali provenienti
da un NSM distante più di mille miliardi di miliardi di chilometri dalla Terra (la luce proveniente da quel cataclisma ha impiegato circa 130 milioni di anni per arrivare a noi...ciò significa che quell'evento è avvenuto
quando sulla Terra c'erano ancora i dinosauri, durante il Cretaceo).
Nei giorni successivi alla scoperta di onde gravitazionali provenienti da GW180817 (questo il nome che è stato assegnato
alla sorgente), praticamente
tutti i telescopi del mondo hanno puntato in quella direzione. Il motivo è semplice: tentare di osservare un incremento nella curva di luce dell’evento a 4-5 giorni dal primo contatto tra le due stelle (si vedano per esempio le pagine della
collaborazione italiana INAF GRAWITA). Questo aumento
dell’intensità luminosa (poi effettivamente osservato) è la prova inconfutabile che durante la fusione delle due stelle di neutroni si produce un’enormità di elementi pesanti attraverso il processo r. La presenza di questi
metalli (in particolare i lantanidi), infatti, fa si che la struttura sia riscaldata dal loro decadimento (durante un decadimento viene infatti prodotta energia luminosa, che interagisce con il gas stellare e lo riscalda).
In realtà la nucleosintesi del processo r è più complessa, in quanto l’elevato flusso neutronico permette di produrre anche gli Attinidi. Questi isotopi hanno tempi di vita
estremamente brevi, perché fissionano spontaneamente (o in seguito ad una cattura neutronica), cioè si spezzano in nuclei più leggeri, producendo nuovi neutroni. I “pezzi” di un attinide che ha appena fissionato, però, possono
nuovamente catturare i neutroni appena prodotti. Si instaura così un processo ciclico,
che viene detto “riciclo di fissione”. Questo processo fa si che la
nucleosintesi r, in particolare per gli isotopi più pesanti, sia
quasi indipendente dalle condizioni fisiche a cui avviene il processo stesso.
I NSMs producono
una pletora di elementi chimici (si veda Figura 11). Alcuni di questi elementi sono noti
(nonché molto preziosi, come l’oro
o l’argento), mentre altri sono del tutto sconosciuti ed hanno nomi
quasi impronunciabili. Senza di essi, però, molta dell’attuale tecnologia non si sarebbe potuta sviluppare: a titolo d’esempio si potrebbero menzionare l’europio
(indispensabile per creare i colori nei televisori moderni) o l’erbio (senza il quale non avremmo fibre ottiche veloci). Ma vogliamo parlare anche dei moderni cellulari...?