Un cappuccino dell’Universo primitivo

Una dettagliata ricerca del ferro in un ammasso galattico ha dimostrato come esso sia distribuito un po’ dappertutto. Questo fatto implica sia che esso è molto antico sia che vi è stato bisogno di una vigorosa rimescolata attraverso cucchiai davvero efficienti.

Immaginiamo di avere davanti a noi un bel cappuccino. Aggiungiamo lo zucchero. A me piace dolce e ne metto parecchio. Non basta, però. Devo anche rimescolarlo molto bene affinché tutto il contenuto della tazza diventi sufficientemente dolce per i miei gusti.

Fin qui tutto normale. Anzi, potremmo usare questa “colazione” per richiamare il concetto che ha messo in crisi il nostro amico Joe “Spugna” (ricordate?). Rimescolare lo zucchero in una tazza di caffè e latte porta a un risultato più che logico. Con poca fatica il cappuccino diventa dolce, ossia i granelli di zucchero si distribuiscono dappertutto (se le condizioni sono quelle giuste non ci sarebbe nemmeno bisogno di rimescolarlo). Provate adesso a fare il contrario, ossia aspettare o cercare di rimettere i granelli di zucchero tutti assieme. La vostra bevanda non solo si raffredderebbe (ossia scalderebbe l’aria che lo circonda… eh… eh … eh), ma mai e poi mai vi restituirebbe il cucchiaino di zucchero originario. In altre parole, abbiamo visto un nuovo fenomeno irreversibile della Natura. Va beh… tanto per mantenere la mente fresca. Torniamo al cappuccino con lo zucchero ben mescolato.

Cosa ho dovuto fare per ottenere la bevanda giusta per i miei gusti, senza farla raffreddare? Aggiungere zucchero e rimescolarla velocemente con particolare energia.

Immaginiamo, adesso, di essere nell’ Universo giovane, quando aveva pochi miliardi di anni, forse non più di due o tre. Il cappuccino è in questo caso un ammasso di galassie che si è formato attraverso la forza di gravità. Un po’ come il nostro cappuccino… Vogliamo, però, aggiungere un po’ di ferro. Agli ammassi galattici piace un ambiente molto “metallico”.

Per potere ottenere del ferro c’è un solo modo: fare esplodere una stella gigante come supernova, in modo che ciò che ha costruito nei pochi milioni di anni della sua vita venga rilasciato allo Spazio circostante. Nessun problema: le stelle molto massicce sono nate proprio per fare questo! Tuttavia, il cappuccino-ammasso è molto grande e tra una galassia e l’altra vi è tanto spazio quasi vuoto (meglio, dire a bassa densità di materia). Non ci basta produrre ferro attorno alla supernova, ma dobbiamo rimescolarlo molto bene per farlo arrivare anche tra una galassia e l’altra. E non è finita… L’ammasso di Perseo è un po’ come me: il cappuccino lo vuole molto dolce (pardon… ferroso). Sono quindi necessarie due azioni ben precise: avere a disposizione molto ferro e molti cucchiai che rimescolino in modo energico.

un cappuccino cosmico
L’ammasso galattico di Perseo può essere considerato un cappuccino mescolato a regola d’arte e servito in tempi rapidissimi. Peccato (ma è poi un peccato?) che sia vecchio, molto vecchio! Fonte: Akihiro Ikeshita

Beh… non è poi così difficile. Basta che il numero di supernove sia veramente grande e che al centro della galassia operi un cucchiaio eccezionalmente vigoroso che sia in grado di inviare il ferro delle supernove anche negli spazi tra galassia e galassia.

Ridendo e scherzando, osservare la distribuzione del ferro in un grande ammasso galattico ci dimostra tante cose. Innanzitutto che le supernove dovevano essere moltissime e che quindi vi era una frequenza di formazione stellare (e soprattutto di giganti) estremamente elevato, ma anche che  dovevano già esistere tanti buchi neri galattici molto attivi nel rimescolare il ferro che producevano le supernove, sia all’ interno della loro galassia sia lanciandolo nelle zone intergalattiche.

Ciò che si osserva in Perseo è proprio una distribuzione omogenea (il cappuccino è dolce dappertutto) e questo implica che il rimescolamento e tutte le altre fasi devono essere avvenute subito e in modo rapido. Probabilmente, il ferro doveva già essere ben rimescolato e doveva già circondare le galassie mentre loro si univano per formare la loro immensa città cosmica.

distribuzione del ferro nell'ammasso di Perseo
L’abbondanza di ferro riscontrata in vari punti dell’ammasso. La costanza della distribuzione è statisticamente valida. La figura l’ho “rubata” da Nature. Spero di non andare in galera… Fonte: N.Werner et al., Nature 502, 656-658

Si è anche stimata la quantità di zucchero-ferro contenuto nell’ ammasso: una massa pari a 50 miliardi di stelle come il Sole. Sì. Mi sembra abbastanza dolce… Oltretutto, si pensa che per produrre così tanto ferro, e averlo espulso così efficientemente, siano dovute intervenire le supernove di tipo Ia (ossia quelle “gestite” da stelle doppie). Ne dovrebbero essere esplose almeno 40 miliardi in un tempo cosmologicamente molto rapido.

Ovviamente, ciò che si è trovato per il ferro si è trovato anche per altri elementi pesanti simili a lui. Gli studiosi del cappuccino (veri estimatori di questa specialità italiana) pensano che la stessa cosa si troverà studiando altri ammassi. Insomma, l’Universo intero sarebbe, in fondo, una specie di bar con cappuccini preparati a regola d’arte.

Ormai siamo abituati a essere un po’ filosofi. Questa rapida formazione dello zucchero e del suo rimescolamento ci dice che tutti noi siamo più vecchi del previsto! Quando ci facciamo fare un’analisi del sangue e aspettiamo di sapere quanto ferro vi è contenuto, pensiamo da dove è provenuto. Probabilmente da qualche galassia che fa parte del nostro ammasso e probabilmente risalente a miliardi di anni fa, forse 10, magari 12…

Ragazzi… siamo proprio vecchi!

Articolo originale su Nature e, quindi, a pagamento QUI.

di Vincenzo Zappalà – tratto da: L’Infinito Teatro del Cosmo