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21 Novembre 2019
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    Per la prima volta si vede nello spazio, grazie a osservazioni con i telescopi dell’ESO, uno degli elementi usati nei fuochi d’artificio, appena prodotto, lo stronzio, è stato rilevato nello spazio, a seguito della fusione di due stelle di neutroni. Il rilevamento conferma che gli elementi più pesanti nell’Universo possono formarsi nella fusione di stelle di neutroni, fornendo un pezzo mancante del puzzle della formazione degli elementi chimici.

    Un gruppo di scienziati europei, usando i dati ottenuti dallo strumento X-shooter montato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, ha trovato le impronte caratteristiche dello stronzio formato durante la fusione di due stelle di neutroni. Questa rappresentazione artistica mostra due stelle di neutroni, piccole ma densissime, nel momento in cui stanno per fondersi ed esplodere come chilonova. In primo piano, una rappresentazione degli atomi di stronzio appena formati. Crediti: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

    Nel 2017, in seguito al rilevamento di onde gravitazionali che hanno raggiunto la Terra, l’ESO ha puntato i suoi telescopi cileni, incluso il VLT verso la sorgente: l’evento dovuto alla fusione di stelle di neutroni che prende il nome di GW170817. Gli astronomi sospettavano che, se gli elementi più pesanti si fossero formati dalle collisioni di stelle di neutroni, le impronte di quegli elementi potevano essere rilevate nelle chilonovae, le conseguenze esplosive delle fusioni. Questo è ciò che ha fatto un’equipe di ricercatori europei, utilizzando i dati dello strumento X-shooter, installato sul VLT dell’ESO.

    Questo grafico mostra le diverse coperture in lunghezza d'onda dei vari strumenti usati dall'ESO per studiare l'esplosione di chilonova in NGC 4993, tra le quali si inserisce anche l'osservazione tramite lo strumento X-shooter montanto sul VLT. Crediti: ESO

    Dopo l’evento GW170817 (leggi lo speciale dedicato su Coelum astronomia di novembre 2017 “dalle onde gravitazionali alle chilonovae”), la compagine di telescopi dell’ESO ha iniziato a monitorare l’esplosione di chilonova emergente dalla fusione, su una vasta gamma di lunghezze d’onda. X-shooter in particolare ha preso una serie di spettri dall’ultravioletto al vicino infrarosso. L’analisi iniziale di questi spettri ha suggerito la presenza di elementi pesanti nella chilonova, ma gli astronomi finora non erano stati in grado di individuare i singoli elementi.

    «Rianalizzando i dati della fusione del 2017, abbiamo ora identificato in questa palla di fuoco la firma di un elemento pesante, lo stronzio, che dimostra che è la collisione delle stelle di neutroni a creare questo elemento nell’Universo», afferma l’autore principale dello studio, Darach Watson dal Università di Copenaghen in Danimarca.

    Sulla Terra, lo stronzio si trova naturalmente nel terreno ed è concentrato in alcuni minerali. I suoi sali sono usati per dare ai fuochi d’artificio un colore rosso brillante. Gli astronomi conoscono i processi fisici che creano gli elementi fin dagli anni ’50 del secolo scorso. Nel corso dei decenni successivi hanno scoperto i siti cosmici di ognuna di queste principali forge nucleari, tranne una.

    «Questa è la fase finale di una ricerca decennale per definire l’origine degli elementi», afferma Watson. «Ora sappiamo che i processi che hanno creato gli elementi sono avvenuti principalmente nelle stelle ordinarie, nelle esplosioni di supernova o negli strati esterni di stelle vecchie. Ma, fino ad ora, non conoscevamo la posizione dell’ultimo processo da scoprire, noto come processo di cattura rapida di neutroni, che ha creato gli elementi più pesanti nella tavola periodica».

    La cattura rapida dei neutroni è un processo in cui un nucleo atomico cattura i neutroni abbastanza rapidamente da consentire la creazione di elementi molto pesanti. Sebbene molti elementi siano prodotti nei nuclei delle stelle, la creazione di elementi più pesanti del ferro, come lo stronzio, richiede ambienti ancora più caldi con molti neutroni liberi. La cattura rapida dei neutroni si verifica naturalmente solo in ambienti estremi in cui gli atomi sono bombardati da un gran numero di neutroni.

    «Questa è la prima volta in cui possiamo associare direttamente con la fusione delle stelle di neutroni il materiale appena creato, formato tramite il processo di cattura di neutroni, confermando che le stelle di neutroni sono proprio fatte di neutroni e legando a queste fusioni il processo di cattura rapida dei neutroni, a lungo dibattuto», afferma Camilla Juul Hansen del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, che ha svolto un ruolo importante nello studio.

    Solo ora gli scienziati stanno iniziando a comprendere meglio la fusione delle stelle di neutroni e le chilonovae. A causa della nostra ancora limitata comprensione di questi nuovi fenomeni e di altre complessità negli spettri dell’esplosione presi dallo strumento X-shooter montato sul VLT, gli astronomi non erano stati in grado finora di identificarvi singoli elementi.

    «In realtà, l’idea che avremmo potuto vedere lo stronzio ci è venuta abbastanza presto, dopo l’evento. Tuttavia, dimostrare che era realmente quel che stava accadendo si è rivelato molto difficile. La difficoltà era dovuta alla nostra conoscenza altamente incompleta dell’aspetto spettrale degli elementi più pesanti della tavola periodica», afferma Jonatan Selsing, ricercatore dell’Università di Copenaghen, un altro autore fondamentale dell’articolo.

    Il numero di novembre 2017 dedicato alla nascita dell'astronomia multimessaggero, in occasione dell'evento GW170817, prima individuazione visuale di una sorgente di onde gravitazionali. Per leggere gratuitamente il numero cliccare sull'immagine.

    L’evento di fusione GW170817 è stato il quinto evento di onde gravitazionali, osservato grazie a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), negli Stati Uniti e a Virgo (Interferometro Virgo) in Italia. Questa fusione, avvenuta nella galassia NGC 4993, è stata la prima, e finora l’unica, sorgente di onde gravitazionali per cui sia stata rivelata la controparte visibile da telescopi sulla Terra.

    Con gli sforzi combinati di LIGO, Virgo e VLT abbiamo raggiunto la più chiara comprensione finora del funzionamento interno delle stelle di neutroni e delle loro fusioni esplosive.

    Ulteriori Informazioni

    Questo lavoro è stato presentato in un articolo che verrà pubblicato dalla rivista Nature il 24 ottobre 2019.


    Di Anelli, Comete, Telescopi e Vapor d’Acqua
    La prima cometa interstellare! Ma che età hanno gli anelli di Saturno? Leonardo precursore anche dell’invenzione del telescopio? Vapore acqueo trovato per la prima volta nell’atmsfera di una super-Terra e molto altro ancora su…

    Coelum Astronomia di Ottobre 2019
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