Il DOE spiega… la Nucleosintesi

La nucleosintesi è la creazione di nuovi nuclei atomici, i centri degli atomi che sono composti da protoni e neutroni. La nucleosintesi è avvenuta per la prima volta pochi minuti dopo il Big Bang. In quel momento, un plasma di quark-gluoni, una zuppa di particelle note come quark e gluoni, si condensò in protoni e neutroni. Dopo che l’universo si raffreddò leggermente, i neutroni si fusero con i protoni per formare nuclei di deuterio, un isotopo dell’idrogeno. I nuclei di deuterio si combinarono poi per formare l’elio. Ulteriori reazioni tra protoni, neutroni e diversi isotopi di elio hanno prodotto il litio. L’idrogeno e l’elio prodotti durante questa fase dell’universo hanno infine creato le prime stelle massicce dell’universo.

Da allora, le reazioni nucleari nella vita e nella morte delle stelle hanno formato la maggior parte degli altri nuclei dell’universo. Le stelle possono creare nuclei attraverso due processi: combinando due nuclei più piccoli (chiamata fusione) o rompendo un nucleo più grande in più nuclei (chiamata fissione). Entrambi i modi danno luogo a nuovi atomi.

In passato, questi processi producevano anche gli elementi della tavola periodica che conosciamo oggi. Stelle di tipo diverso producono nuclei di elementi diversi, portando nel tempo alla gamma degli elementi naturali. Le prime stelle dell’universo erano massicce, spesso più di 10 volte le dimensioni del nostro Sole. Avevano anche una vita molto più breve delle stelle esistite più recentemente. Mentre vivevano, bruciavano idrogeno e producevano gli elementi fino al ferro nella tavola periodica. Quando morivano, espellevano i nuclei di questi elementi in un tipo di esplosione chiamata supernova a collasso del nucleo. Le supernovae possono lasciare dietro di sé delle stelle di neutroni. Quando le stelle di neutroni si fondono, producono nuovi nuclei, compresi elementi più pesanti del ferro. Altre stelle diventano nane bianche quando muoiono. Anche queste nane bianche possono in seguito fondersi e sintetizzare nuclei di elementi.

DOE Office of Science: Nucleosynthesis Contributions

L’Office of Nuclear Physics del DOE Office of Science sostiene la ricerca nell’astrofisica nucleare, la fisica necessaria per comprendere le reazioni che producono gli elementi. Due centri di eccellenza del DOE, il Cyclotron Institute della Texas A&M University e il Triangle Universities Nuclear Laboratory, sono specializzati nello studio dell’astrofisica nucleare. Il DOE finanzia anche la teoria e la modellazione del Big Bang, delle stelle, delle supernove e delle fusioni di stelle di neutroni, tutte fonti di elementi. L’impianto utente Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) del DOE Office of Science ospita il più potente spettrometro al mondo per la ricerca sulla struttura nucleare. Andando avanti, l’Office of Nuclear Physics sta ora sostenendo la costruzione del Facility for Rare Isotope Beams alla Michigan State University. Questo acceleratore produrrà nuclei ricchi di neutroni di breve durata e mai visti prima, che giocano un ruolo nella produzione degli elementi più pesanti.

Fatti sulla nucleosintesi

• Gli scienziati ritengono che gli elementi naturali più pesanti, compreso l’uranio, siano prodotti in ambienti violenti ricchi di neutroni, come la fusione di due stelle di neutroni o le supernovae. In queste condizioni, i neutroni guadagnano nuclei più velocemente di quanto possano decadere.
• Noi siamo costituiti principalmente da materia creata attraverso la nucleosintesi in stelle che poi sono morte, portando alla famosa dichiarazione del cosmologo Carl Sagan che siamo fatti di “roba stellare”.”

Risorse e termini correlati

• Astrofisica nucleare alla Texas A&M University
• Astrofisica nucleare al Triangle Universities Nuclear Laboratory
• Facility for Rare Isotope Beams alla Michigan State University
• Comprensione cosmica da particelle minuscole