La creazione di metalli come oro, argento, torio e uranio richiede condizioni energetiche, come un'esplosione di supernova o una collisione tra stelle di neutroni. Tuttavia, un nuovo studio mostra che questi elementi potrebbero formarsi nel caos vorticoso che circonda un buco nero appena nato attivo mentre inghiotte polvere e gas dallo spazio che lo circonda. In questi ambienti estremi, l'alto tasso di emissione dei neutrini dovrebbe facilitare la conversione dei protoni in neutroni – con conseguente eccesso di questi ultimi, necessario per il processo che produce elementi pesanti.
"Abbiamo studiato per la prima volta i tassi di conversione di neutroni e protoni per mezzo di elaborate simulazioni al computer, e abbiamo scoperto che le zone attorno ai buchi neri sono molto ricche di neutroni purché siano soddisfatte determinate condizioni", sono state le parole dell'astrofisico Oliver Just del GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Germania.
All'inizio, dopo il Big Bang, non c'erano molti elementi che fluttuavano intorno ad esso. Fino a quando le stelle non sono nate e hanno iniziato a fondere insieme nuclei atomici nei loro nuclei, l'Universo era una zuppa di idrogeno ed elio. La fusione nucleare stellare ha impregnato il cosmo di elementi più pesanti, dal carbonio fino al ferro per le stelle più massicce, sparse poi nello spazio quando la stella muore.
Il calore e l'energia necessari per produrre ad esempio il ferro attraverso la fusione superano però l'energia generata dal processo, causando la caduta della temperatura interna, che a sua volta provoca la morte della stella in una spettacolare esplosione, la supernova. Questo è chiamato processo di cattura rapida dei neutroni, o processo r; deve accadere molto rapidamente, in modo che il decadimento radioattivo non abbia il tempo di verificarsi prima che altri neutroni vengano aggiunti al nucleo.
Non è chiaro se ci siano altri scenari in cui il processo r può aver luogo, ma i buchi neri appena nati sono un candidato promettente. Vale a dire, quando due stelle di neutroni si fondono e la loro massa combinata è sufficiente per far rientrare l'oggetto appena formato nella categoria dei buchi neri. I collassi sono un'altra possibilità: il collasso gravitazionale del nucleo di una stella massiccia in un buco nero ad esempio.
In entrambi i casi, si pensa che il piccolo buco nero sia circondato da un anello denso e caldo di materiale, che ruota attorno al buco nero e si alimenta in esso, come l'acqua in uno scarico. In questi ambienti, i neutrini vengono emessi in abbondanza e gli astronomi hanno a lungo ipotizzato che in queste circostanze potrebbe aver luogo la nucleosintesi.
L’intervallo di massa in cui gli elementi pesanti sono prodotti più prolificamente corrisponde a valori tra l'1 e il 10% della massa del Sole. Ciò significa che le fusioni di stelle di neutroni con masse di dischi in questo intervallo potrebbero essere fabbriche di elementi pesanti. Il prossimo passo sarà determinare come la luce emessa da una collisione di stelle di neutroni può essere utilizzata per calcolare la massa del suo disco di accrescimento.