Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia
Ambasciata d’Italia
Settembre 2003
CANBERRA
Stelle cadenti nell’emisfero australe
John Lattanzio
Nel 1969 una meteora e’ caduta nei pressi della cittadina di Murchison, vicino a Melbourne.
Circa 33 anni più tardi, un gruppo di astrofisici nucleari provenienti da tutto il mondo si e’
recato a Murchison per vedere la città il cui nome è legato ad una rivoluzione nella scienza
dell’astrofisica nucleare. Il gruppo comprendeva astrofisici sia teorici che sperimentali venuti da
tutto il mondo, conuna massiccia presenza di Italiani ed Australiani.
L’universo si è formato da un Big Bang (letteralmente - grande scoppio) iniziale che ha
prodotto però "solamente" idrogeno ed elio. Tutti gli altri elementi sono stati sintetizzati solo
successivamente, nelle stelle: dal carbonio nei nostri corpi fino all’oro nelle nostre gioiellerie.
Non tutte le stelle producono gli stessi elementi, ne' c'e' un tipo di stella che produce tutti gli
elementi che noi osserviamo oggi sulla terra. Al variare della massa iniziale della stella variano gli
elementi che essa produce. Questo è il campo della nucleosintesi stellare, un ramo molto attivo
dell’(astro-)fisica nucleare.
Alcuni anni fa, il Professor Roberto Gallino dell’Università di Torino ha deciso di realizzare un
gruppo di studio per lo sviluppo della nucleosintesi stellare ed in particolare per approfondire
l’analisi di una classe estrememente importante di stelle giganti-rosse, conosciute come stelle
AGB. Lo stadio di AGB e' l'ultima fase "luminosa" delle stelle di massa compresa tra circa 1 e 8
volte la massa del sole prima che queste stelle si spengano progressivamente come nane
bianche-brune-nere. Anche il nostro Sole, tra circa 5 miliardi di anni, diventera' una stella AGB,
prima, ed una nana bianca, poi. Il gruppo di Torino si dedica da molto tempo a studiare la
complessa serie di reazioni nucleari che si verificano in queste stelle, conosciuta come “sprocess” (che è l’abbreviazione di “slow neutron capture process”), e che e' considerata la
responsabile principale della produzione di gran parte degli elementi che vanno dal Gallio al
Piombo. Anche un gruppo del Monash University’s Centre for Stellar and Planetary
Astrophysics (CSPA) sta lavorando da anni sulla sequenza di reazioni nucleari che avvengono
nella fase di AGB e sulla struttura fisica interna delle stelle in cui avvengono questi processi. Fra
questi gruppi si è instaurata nel tempo una stretta collaborazione.
Il gruppo di studio organizzato dal Prof. Gallino ha iniziato il primo dei cosiddetti “Incontri di
Torino”. Questi "Incontri" durano una settimana durante la quale vengono presentati gli ultimi
lavori, con particolare attenzione rivolta a quelli degli studenti, ma viene dato anche ampio
spazio ad un proficuo e continuo scambio informale di opinioni. Tali "Incontri" hanno avuto
molto successo ed hanno creato le basi per la ricerca negli anni successivi. Dopo il primo
"Incontro di Torino", se ne sono tenuti altri, di cui uno a Grenoble ed uno a Roma. Di recente,
il Dott. John Lattanzio, Direttore del CSPA, ha ospitato il sesto degli "Incontri di Torino"
presso la Monash University a Melbourne, dando il benvenuto ad un gran numero di
collaboratori internazionali, fra cui il Prof. Gallino ed altri colleghi da Torino, Roma e Perugia.
Ma qual è il collegamento con il meteorite di Murchison? Il 28 Settembre 1969 frammenti di
una grossa meteora sono caduti attorno alla cittadina di Murchison, circa 100 Km a nord di
Melbourne. I primi studi sul meteorite hanno rivelato che essa conteneva molti aminoacidi
complessi, essenziali per la vita sulla Terra equindi il meteorite è divenuto famoso fra i biologi e
gli astronomi che studiano le origini della vita nell’Universo. Si è dimostrato che i componenti
chimici necessari alla vita vengono prodotti naturalmente nella Galassia e non solamente qui
sulla Terra. Di particolare interesse è il fatto che gli aminoacidi che si trovano negli esseri viventi
sulla Terra sono “mancini”, così come quelli scoperti nella meteora di Murchison! La ragione di
ciò resta tutt’oggi sconosciuta.
Ma l’interesse per i fisici nucleari è rappresentato dall’analisi dettagliata della composizione di
piccoli frammenti del meteorite. Nell’ultimo decennio, gli scienziati hanno ideato un modo per
rimuovere granelli microscopici dai meteoriti. Questi sono veri e propri frammenti di stelle
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(polvere di stelle!). Si formano nello strato esterno delle stelle AGB (e di altre), e vengono
lanciati nello spazio. In questo modo contengono un’istantanea della composizione chimica
superficiale della stella nel momento in cui si sono staccati da essa.
Questi granelli vengono portati in laboratorio e sottoposti ad analisi per determinarne le
composizioni isotopiche. I risultati costituiscono una sfida non indifferente per gli astrofisici.
Inoltre, ciò ha provocato una rivoluzione nella nucleosintesi stellare. Fino a poco tempo fa, le
uniche informazioni che possedevamo sulla composizione delle stelle provenivano dalla loro
osservazione con grandi telescopi. La scienza della spettroscopia usa la struttura atomica dei
vari atomi (o molecole) come modello per determinarne la presenza nella luce di una stella. In
Australia, la maggior parte di questo tipo di lavori si svolge presso il Telescopio AngloAustraliano di Siding Springs, che ha un diametro di 3.9m. Recentemente, l’Australia si è
aggregata al Gemini Consortium e quindi può contare su due strumenti di 8m di diametro.
Comunque, determinare la composizione di una stella osservando il suo spettro luminoso è un
lavoro complesso e richiede grandi telescopi e strumenti sofisticati. Inoltre, è quasi impossibile
separare un isotopo dall’altro usando questa tecnica. Siamo in grado di farlo solo in casi
sporadici: per esempio il rapporto isotopico tra 12C e 13C si puo' ricavare da osservazioni con i
telescopi così come i tre isotopi dell'ossigeno (16-O, 17-O, e 18-O). Recentemente, grazie ai
grandi telescopi, è stato possibile separare anche gli isotopi del magnesio (24Mg, 25Mg, e
26Mg). Tuttavia, con un frammento di stella in laboratorio si possono ottenere informazioni
molto piu' dettagliate che non sono accessibili spettroscopicamente. Oggi conosciamo la
composizione isotopica di elementi che sarebbe impensabile di determinare con i telescopi!
Questa nuova "finestra sull'Universo" ha costituito una sfida emozionante per gli Astrofisici ed
è ormai prassi comune calcolare la nucleosintesi (di piu' di 200 isotopi) che avviene in una stella
di AGB, e quindiconfrontare i risultati con le informazioni ricavate dalla "polvere di stelle".
Gli astrofisici della Monash University mantengono uno stretto e continuo legame con molti
astrofisici ed istituzioni italiani, fra cui Padova, Roma, Torino, Trieste, Pisa, Firenze, Perugia e
Teramo. Ciò prevede la possibilità di visite periodiche, anche prolungate, oltre alla supervisione
di studenti di dottorato. Al momento, il CSPA presso la Monash University ospita in visita il
Dott. Alessandro Chieffi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e dell' Istituto
Nazionale di AstroFisica (INAF). Le collaborazioni fra la Monash University e il Swinburne
University’s Centre for Astrophysics and Super Computing coinvolgono gli astrofisici italiani
attraverso finanziamenti ARC Linkage e Discovery.
Per ulteriori informazioni contattare il Dott. John Lattanzio all’indirizzo
[email protected] oppure visitare il sito www.cspa.monash.edu.au.
Dr. John Lattanzio
Centre for Stellar and Planetary Astrophysics
School of Mathematical Sciences
PO Box 28M, Monash University
Victoria 3800 AUSTRALIA
Ph: +61 (0)3 9905-4428
Fax: +61 (0)3 9905-3867
Email: [email protected]
WWW: www.maths.monash.edu.au/~johnl/
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