Il cosmo contiene tutti gli elementi presenti sulla Tavola Periodica. Dai gas leggeri, come l’elio, ai metalli pesanti, come il piombo. Ma come si sono formati tutti gli elementi dell’universo ? La creazione degli elementi inizia nei primi istanti del Big Bang.
Il cosmo aveva solo pochi secondi e l’intero spazio era stipato in un volume milioni di volte più piccolo di quello attuale. A causa delle densità incredibilmente elevate, la temperatura media di tutto il materiale nell’universo era ben superiore a un miliardo di gradi.
Dall’energia ai quark
Il calore era così intenso che i protoni e i neutroni, non potevano esistere come entità stabili. L’universo era solo un mare di particelle fondamentali, chiamate quark e gluoni, ribollenti in uno stato di plasma grezzo. Ma il cosmo non poteva rimanere così a lungo ed iniziò ad espandersi velocemente.
Parallelamente, l’espansione ha permesso il suo constante raffreddamento. In questo modo, i quark si aggregarono per formare i primi protoni e neutroni. Ma dopo pochi minuti dalla nascita, la temperatura era troppo bassa per creare nuovi protoni e neutroni. Quindi, quelle prime particelle pesanti, erano le uniche che l’universo avrebbe mai prodotto. La distribuzione iniziale dell’universo vedeva circa sei protoni per ogni neutrone. I neutroni da soli non sono stabili e decadono con un tempo di dimezzamento di circa 880 secondi. Quindi iniziarono a legarsi con i protoni per formare i primi nuclei atomici.
Di tutti gli elementi leggeri, l’isotopo elio-4, che consiste di due protoni e due neutroni, ha la maggiore energia di legame. Questo significa che è il più facile da formare ma anche il più resistente. Da calcoli come questo, i cosmologi possono prevedere che l’universo ebbe inizio con una miscela di circa il 75% di idrogeno, il 25% di elio e una piccola quantità di litio, che è esattamente ciò che osservano gli astronomi.
Nucleosintesi stellare
La fase successiva nella comparsa degli elementi dovette attendere la prima generazione di stelle. Queste cominciarono brillare solo centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Le stelle si alimentano attraverso la fusione nucleare, trasformando principalmente atomi d’idrogeno in elio. Le stelle hanno così tanto idrogeno a disposizione che possono bruciare per miliardi, di anni.
Verso la fine della loro vita, passano invece alla fusione dell’elio, trasformandolo in carbonio e ossigeno. Questo è il motivo per cui questi due elementi sono così abbondanti nell’universo dopo l’idrogeno e l’elio. In effetti, l’ossigeno è l’elemento più comune sulla Terra, anche se la maggior parte di esso è legato ai silicati che formano il terreno sotto i piedi.
Le stelle più massicce, otto volte la massa del Sole, fondono elementi ancora più pesanti nei loro nuclei. Soprattutto nelle loro ultime settimane, giorni e persino ore, creano azoto, neon, silicio, zolfo, magnesio, nichel, cromo e ferro.
Nucleosintesi successiva
Questa è la fine della linea per la formazione degli elementi all’interno delle stelle. Le loro intense energie sono perfettamente in grado di produrre elementi più pesanti, ma la fusione al di sopra del ferro consuma più energia, di quanto ne produce. Quindi elementi più pesanti del ferro appaiono raramente nei nuclei delle stelle massicce.Il resto degli elementi della tavola periodica vengono prodotti quando le stelle muoiono.
Le stelle più piccole si rivoltano lentamente, vomitando il loro materiale in tutto il loro sistema stellare. Le stelle più grandi esplodono in violenti cataclismi conosciuti come supernova. Entrambi i tipi di morte lasciano dei resti. Nel caso delle stelle piccole, lasciano le nane bianche, che sono costituite quasi interamente da carbonio e ossigeno. Le stelle più grandi lasciano dietro di sé sfere incredibilmente dense di neutroni conosciute come stelle di neutroni.
Qualunque cosa accada, tutti questi processi implicano molte radiazioni, molta energia e molte particelle che volano ad alta velocità. In altre parole, la zuppa perfetta per modellare nuovi elementi. È attraverso queste calamità che è nato il resto della tavola periodica deli elementi. Grazie a questi eventi molto intensi gli elementi si diffondono oltre i confini delle loro stelle natali, nel mix interstellare. Lì, questi si aggregano in nubi di gas, che alla fine si uniscono per formare nuove generazioni di stelle che continuano il processo di riciclaggio e rigenerazione degli elementi, arricchendo lentamente l’universo.
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