C'è una miniera d'oro nello spazio. Le onde gravitazionali ci hanno guidato alla scoperta

Due stelle di neutroni si sono scontrate a 130 milioni di anni luce. L’esplosione è stata osservata dalle antenne gravitazionali Ligo-Virgo e da 70 telescopi sulla Terra e nello spazio. Svelato il mistero di come nell’universo si formano i metalli pesanti come oro, platino e uranio

ROMA. In un batter d’occhio tutti i telescopi della Terra e dello spazio si sono concentrati su quell’esplosione nella costellazione dell’Idra. A 130 milioni di anni luce, lo scontro di due stelle di neutroni aveva lanciato nel cosmo prima un’onda gravitazionale, poi raggi gamma e radiazioni di ogni tipo, osservati da 70 strumenti contemporaneamente. Infine, dai residui dell’esplosione si è sollevata una nube di polvere d’oro.

Onde gravitazionali, vista in diretta la fusione di due stelle di neutroni

La “miniera spaziale” contiene una quantità di oro pari a dieci volte la massa della Terra. Ma è decisamente troppo lontana per essere raggiunta. “Impensabile. Giusto nei film di fantascienza” sorride Paolo D’Avanzo l’astronomo dell’Inaf (Istituto nazionale di astrofisica) che con i suoi colleghi, usando il telescopio XShooter, per primo ha osservato la nube di oro, platino, uranio e altri fra gli elementi più ricchi di protoni e neutroni. “Non ci eravamo mai spiegati come i metalli pesanti potessero formarsi nell’universo. Sappiamo che all’interno delle stelle gli atomi si fondono fino a generare il ferro, ma non gli elementi più pesanti. Il processo può avvenire all’interno delle supernovae, ma in quantità troppo piccole rispetto a quanto vediamo intorno a noi. Osservare lo scontro di due stelle di neutroni ci ha chiarito alcuni aspetti del processo”. Quel che è avvenuto a 130 milioni di anni luce da noi potrebbe benissimo essersi verificato nella Via Lattea. “L’oro e gli altri metalli pesanti si raccolgono a quel punto nelle nubi interstellari, che con il tempo danno vita ai nuovi pianeti” spiega D’Avanzo.

Lo scontro delle due stelle di neutroni è avvenuto 130 milioni di anni fa. L’esplosione cosmica ha generato un’onda gravitazionale che ha investito la Terra il 17 agosto, proprio quando sulle Ande cilene il Sole stava tramontando e la “galassia” di telescopi dell’Eso (l’European Southern Observatory) si preparava a una notte di osservazioni sfruttando uno dei cieli più tersi del pianeta. Le onde previste da Einstein un secolo fa e osservate per la prima volta a settembre del 2015, erano state premiate con il Nobel lo scorso 3 ottobre. Viaggiando alla velocità della luce, sono state il primo segnale dell’esplosione a raggiungere la Terra. Qui, le due antenne di Ligo, negli Stati Uniti, e  Virgo, in Italia, hanno captato un “messaggio” lungo 99 secondi. La presenza di Virgo, lo strumento dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) che si trova a Càscina, in provincia di Pisa, è stato fondamentale per localizzare la porzione di cielo da cui l’onda aveva avuto origine. Uno dei primi “alert” dell’osservazione è arrivato sul telefono di Marica Branchesi, astronoma del Gssi (il Gran Sasso Science Institute de L’Aquila) che ha subito avvertito i 96 telescopi sparsi in tutto il mondo (e nello spazio) collegati con Ligo-Virgo. Qualcosa di molto interessante stava accadendo nella costellazione dell’Idra. Tutti gli strumenti hanno interrotto le osservazioni in programma e hanno puntato i loro occhi sull’esplosione in corso, come strumenti di un’unica orchestra.

Una simulazione dello scontro fra le due stelle di neutroni

E’ la prima volta che un fenomeno cosmico viene studiato in “stereo” da tanti telescopi insieme. Alle osservazioni ha partecipato anche l’Asi, Agenzia Spaziale italiana. Le quattro onde gravitazionali osservate in precedenza erano state generate dallo scontro di buchi neri: oggetti invisibili se non per Ligo e Virgo. Due secondi dopo l’onda gravitazionale, quel 17 agosto, il satellite spaziale Fermi ha registrato un lampo gamma, una radiazione ad altissima energia considerata fino e ieri uno dei principali misteri dell’astrofisica. Nel corso di quella stessa notte i primi telescopi sulla Terra hanno osservato la luce dell’esplosione. Il primo è stato Swope, un piccolo specchio di un metro di diametro, con oltre 40 anni di età, che si trova sulle Ande cilene. Subito dopo è arrivato XShooter, che ha indagato la composizione chimica della nube emersa dallo scontro. Per tutto il mese di settembre quel che resta delle due stelle (oggi probabilmente ridotte a un unico buco nero) ha continuato a inviare messaggi ai nostri strumenti.
“E’ un grande successo per il Paese” ha commentato Nichi D’Amico, presidente dell’Inaf, “e un grande successo per il nostro ente, l’unico al mondo che possiede al suo interno le risorse intellettuali e strumentali per osservare l’universo a tutte le lunghezze d’onda, da terra e dallo spazio”. Roberto Battiston, che guida l’Asi, ha aggiunto: “Da anni attendevamo la nascita dell’astronomia multi-messaggero che sfrutta i vari tipi di radiazione che raggiungono la terra dagli angoli più remoti dell’universo. I risultati presentati oggi da osservatori terrestri e spaziali, gravitazionali ed elettromagnetici aprono una nuova era nello studio del cosmo”. Fernando Ferroni, presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, l’ente che ha realizzato Virgo, ha commentato: “Come Infn siamo felici perché abbiamo dato un contributo fondamentale all’ottenimento di questo risultato. Ciò rappresenta il coronamento di un progetto ambizioso, Virgo, iniziato oltre vent’anni fa dal visionario e tenace fisico Adalberto Giazotto”.
Le stelle di neutroni sono uno degli oggetti più “estremi” del cosmo. Si formano quando una stella esaurisce il suo carburante e smette di brillare. Al loro interno la pressione è così forte che protoni ed elettroni si fondono, formando neutroni. I due corpi che si sono scontrati avevano una massa pari a 1,2 e 1,6 volte il Sole. Ma il loro diametro non era maggiore di quello di una città (poche decine di chilometri). La densità di una stella di neutroni è talmente alta che una zolletta di zucchero, alla sua superficie, peserebbe un miliardo di tonnellate.