Tutto l’Oro dell’Universo Arriva dalle Stelle, Come Si forma l’Oro dalle Stelle

Il fascino che l’umanità ha sempre provato per questo metallo prezioso, aumenta sapendo che proviene dalle stelle. Ebbene sì: l’oro che avete al dito nell’anello nuziale o nel dente proviene dalle stelle. Ecco come si forma l’oro e altri metalli preziosi dalle stelle e quanto oro c’è n’è nella terra .

In una remota galassia, due stelle di neutroni giravano l’una intorno all’altra in un balletto di distruzione finale e creazione inevitabile. Entrambi gli oggetti erano i resti di stelle massicce, probabilmente provenienti da un sistema binario, che erano diventate supernove molto tempo prima. Ciascuno era incredibilmente massiccio, con neutroni così fitti che i loro nuclei diventavano diamanti. La danza, ahimè, non poteva continuare all’infinito e le stelle si scontrarono, rilasciando un’energia inimmaginabile e inviando onde gravitazionali veloci attraverso il tessuto dello spazio-tempo.

Nel 2017, 1,3 miliardi di anni dopo, gli astronomi hanno rilevato quelle onde con il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory. La previsione di Albert Einstein secondo cui l’universo dovrebbe essere pieno di tali deboli increspature causate dalla gravità di oggetti massicci includeva fonti come fusioni di stelle di neutroni. Tuttavia, trovare un disturbo nel tessuto dello spazio-tempo dovuto a questo tipo di evento si era rivelato sfuggente fino ad allora. Quando si è diffusa la notizia del rilevamento delle onde gravitazionali, i media volevano sapere cos’altro accade quando le stelle di neutroni si scontrano. Gli astronomi hanno spiegato che, oltre alla distruzione delle stelle e alle increspature nello spazio, tali eventi creano anche tutti gli elementi pesanti che conosciamo in un batter d’occhio. Ma in cosa sono entrati i media? Quell’oro viene dallo spazio.

la Nostra storia è segnata dall’uso dell’oro

Non sorprende che tra i tanti elementi formatisi nella cataclismica distruzione di stelle massicce, l’oro sia quello che cattura di più la nostra immaginazione.

Gli elementi necessari per la vita, come il carbonio, l’ossigeno, il potassio e lo zolfo, dovrebbero essere in cima a un elenco di preferiti. Ma abbiamo una connessione emotiva con l’oro.

Migliaia di anni fa, qualcuno potrebbe aver visto un oggetto luccicante in un ruscello e raccolto un pezzo d’oro. Deve essere sembrato intrigante, però, poiché il metallo è così morbido, non è molto utile. Gli archeologi hanno trovato una perla d’oro di 6.500 anni in Bulgaria e recuperato una moneta d’oro di quasi 3.000 anni dal Mar Nero.

I più antichi manufatti d’oro conosciuti in Inghilterra sono stati trovati sepolti a Stonehenge, parte dei corredi funerari appartenenti a un misterioso individuo proveniente dall’Europa.

Gli antichi egizi avevano vaste miniere d’oro a sud della loro capitale di Tebe, permettendo loro di racchiudere la mummia di Tutankhamon nel metallo prezioso. Poche altre antiche civiltà avevano una tale ricchezza. Quando la mummia è stata scartata, gli archeologi hanno trovato due pugnali. Uno era fatto di quello che ora è noto per essere ferro meteoritico e l’altro era fatto di oro puro.

L’oro era prezioso, sebbene utile solo come decorazione o per il commercio, e non molto altro. Ma la sua scarsità lo rendeva desiderabile e la sua natura immutabile lo rendeva affascinante: a differenza dell’argento, che diventa nero, del rame che diventa verde o del ferro che arrugginisce, l’oro non cambia mai. Sembra essere immortale, un dono degli dei.

Ci è voluta la scienza del 20° secolo per svelare questo mistero. Ferro, argento e rame arrugginiscono o cambiano colore a causa delle reazioni con l’ossigeno. L’ossigeno è sempre affamato di elettroni. Il ferro cederà due o tre elettroni all’ossigeno e di conseguenza si ossiderà (arrugginirà). Anche altri elementi sono vittime dell’ossigeno. Ma non oro. È il più non reattivo di tutti i metalli perché rifiuta di condividere gli elettroni con l’ossigeno.

Quanto oro c’è in tutta la terra

Come tutti gli elementi pesanti sulla tavola periodica, non c’è molto oro da trovare. Se tutto l’oro estratto nella storia umana fosse formato in un cubo solido, misurerebbe circa 21,3 metri di lato. Sarebbero circa 183.000 tonnellate d’oro. Sembra molto, ma se sciolto riempirebbe solo tre piscine olimpioniche e mezzo. Nel 2018, le miniere di Barrick Gold Corporation in Nevada hanno lavorato milioni di tonnellate di minerale per recuperare solo 4 milioni di once (125 tonnellate) di oro.
Poiché è così denso e pesante, la maggior parte dell’oro della Terra è sprofondata nel nucleo del nostro pianeta. Il geologo australiano Bernard Wood stima che il 99 percento dell’oro mondiale sia sepolto a migliaia di chilometri sotto i nostri piedi. Egli stima inoltre che 1,6 quadrilioni di tonnellate d’oro si trovino all’interno del nucleo. Wood calcola che tutto questo oro, se portato in superficie, formerebbe uno strato di metallo scintillante spesso solo 16 pollici (40,6 centimetri). Rispetto alle dimensioni totali della Terra, non è molto oro. In realtà c’è sei volte più platino nel nucleo del nostro pianeta, che contiene circa 1 parte per milione di oro. L’oro è, infatti, piuttosto raro.

L’oro proviene dalle stelle

Lavorando una notte nel 1859, i chimici Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff videro un incendio infuriare nella città di Mannheim, in Germania, a circa 16 km dal loro laboratorio dell’Università di Heidelberg. Hanno fatto rotolare il loro spettroscopio recentemente migliorato (un dispositivo che hanno inventato che rompe la luce nelle sue lunghezze d’onda componenti, che consente di identificare gli elementi chimici) alla finestra e hanno rilevato rapidamente gli elementi bario e stronzio all’interno del bagliore luminoso emesso dalle fiamme. Bunsen ha scritto che “la stessa modalità di analisi deve essere applicata alle atmosfere del Sole e delle stelle luminose”. La seconda metà del XIX secolo vide un’esplosione di scoperte utilizzando questo potente strumento.

Durante l’eclissi solare totale del 18 agosto 1868, diversi astronomi utilizzando la spettroscopia hanno rilevato un nuovo elemento – e, si è scoperto, il secondo più abbondante dell’universo – nel Sole: l’elio. Carbonio, azoto, ferro e tutti gli elementi più pesanti della tavola periodica, incluso l’oro, furono infine identificati allo stato gassoso nell’atmosfera del Sole.

Tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo, la raccolta di rocce e minerali divenne la scienza della geologia. Uomini e donne come Charles Lyell, James Hutton e la grande collezionista di fossili Mary Anning, scopritrice del primo scheletro di ittiosauro, dimostrarono chiaramente che la Terra era molto più antica dei 6.000 anni suggeriti da molti teologi contemporanei. Lyell e Hutton hanno detto che la Terra deve avere milioni o addirittura miliardi di anni. Se questo fosse vero, cosa potrebbe far brillare il Sole e le stelle per un tempo così incredibilmente lungo?

Il fisico tedesco Julius Robert Mayer ha fortemente favorito la teoria meteorica del calore solare. Aveva calcolato che, in mancanza di una fonte esterna di energia, il Sole avrebbe potuto brillare solo per 5.000 anni. Nel 1848, suggerì che il Sole fosse alimentato da miliardi di meteoriti che piovevano su di esso, che fornivano la sua energia. Anche questo materiale, presumibilmente, avrebbe portato elementi pesanti alla nostra stella.

Durante l’eclissi solare totale del 1878, Cleveland Abbe, il primo meteorologo americano dell’US Weather Bureau, suggerì che la corona del Sole, visibile alla totalità, fosse in realtà questo sciame di meteore che si tuffavano nel Sole. Ma gli scienziati hanno presto dimostrato che la corona era fatta di gas ultrasottile e hanno dimostrato che le meteore sarebbero state una fonte insufficiente di energia solare.

Alla fine, gli scienziati hanno calcolato che il Sole contiene quasi 2,5 trilioni di tonnellate d’oro, sufficienti a riempire gli oceani della Terra e altro ancora. Tuttavia, sono solo otto atomi d’oro per ogni trilione di atomi di idrogeno, una quantità minuscola rispetto alla massa del Sole. Ma come è nato l’oro nel Sole e nella Terra?

Come si forma l’oro dalle stelle

Per più di un millennio, gli alchimisti hanno lottato per trasmutare un elemento in un altro. Erano alla ricerca della pietra filosofale, che poteva trasformare i metalli vili come piombo e mercurio in oro. Anche il grande Isaac Newton era affascinato dall’idea della trasmutazione. In effetti, alcuni storici si riferiscono a lui come “l’ultimo grande alchimista”. Ma le tremende forze della natura che creano gli elementi erano al di là della portata di questi primi sperimentatori.

Le origini degli elementi pesanti iniziarono a essere messe a fuoco con la pubblicazione della teoria della relatività ristretta di Einstein nel 1905. Fu in questo lavoro fondamentale che apparve per la prima volta l’equazione E=mc 2 . All’inizio non era ovvio quanto fosse importante questa equazione per la nostra comprensione dell’universo, ma la sua applicazione al problema dell’immensa produzione di energia del Sole avrebbe implicazioni di vasta portata. Non solo ha spiegato perché il Sole e le altre stelle potrebbero brillare per miliardi di anni, ma ha anche contribuito a mostrare come si formano elementi più pesanti dell’idrogeno.

La maggior parte di noi pensa alla prima bomba atomica e alla scissione degli atomi – il processo di fissione nucleare – quando viene in mente E=mc 2 . Nel 1920, tuttavia, Sir Arthur Eddington, allora al Cavendish Laboratory di Cambridge, in Inghilterra, pensò che la fusione dell’idrogeno in elio potesse essere la centrale elettrica del Sole. La famosa equazione di Einstein mostrava che in un tale processo sarebbe stata rilasciata un’energia incredibile.

Quasi due decenni dopo che Eddington e altri iniziarono a esplorare la fusione, il fisico tedesco-americano Hans Bethe descrisse l’ormai famosa reazione a catena protone-protone che spiega come l’idrogeno si fonde in elio. Nel profondo del Sole c’è una vasta “zuppa” di atomi di idrogeno costituiti da un protone e un elettrone ciascuno, che sono in costante e rapido movimento. Il più delle volte, la forza elettromagnetica respinge qualsiasi collisione. Cercare di unire insieme poli simili di due magneti dà una sensazione di tale repulsione. Ma le collisioni avvengono e i protoni si fondono insieme. Quando alla fine quattro protoni si fondono, si forma l’elio-4, rilasciando energia e facendo risplendere il Sole.

Il nostro Sole contiene abbastanza idrogeno per continuare questo processo di fusione per altri 5 miliardi di anni. Alla fine, l’elio inizierà a fondersi, formando i prodotti finali di carbonio, azoto e ossigeno (elemento n. 8). All’interno di stelle più massicce, la cui gravità più forte crea più pressione e calore, gli elementi oltre l’ossigeno possono fondersi. Ma questo processo può continuare solo fino a quando il ferro (elemento n. 26) non si forma al centro delle stelle giganti, ed è allora che la fusione si interrompe. Alla fine, il nucleo della stella collasserà e poi rimbalzerà in un’esplosione di supernova.

Quando gli strati esterni della stella vengono lanciati nello spazio, ha luogo una delle due reazioni di cattura dei neutroni. In entrambi i neutroni liberi penetrano nei nuclei degli atomi vicini e vengono “catturati” dagli elementi rilasciati nell’esplosione. La cattura lenta dei neutroni (chiamata “lenta” perché il decadimento radioattivo in altri elementi può avvenire prima che altri neutroni vengano catturati) crea circa la metà degli elementi più pesanti del ferro. Ma questo lascia ancora molti pesi massimi nella tavola periodica. Per fare il resto, hai bisogno di enormi collisioni di stelle che producano una rapida cattura di neutroni.

Una volta che gli astronomi hanno individuato la fonte delle onde gravitazionali del 2017, i ricercatori del Max Planck Institute for Astronomy sono stati in grado di rilevare lo stronzio nel vortice di materia che si espande nello spazio a quasi il 30 percento della velocità della luce. Questo elemento e altri sono stati formati dalla rapida reazione di cattura dei neutroni. La fusione di queste stelle ha fatto volare 1022 neutroni liberi attraverso appena 1 centimetro cubo di spazio ogni secondo.

Una densità così elevata di neutroni crea condizioni che consentono agli elementi esistenti di catturare rapidamente neutroni liberi. Stronzio, torio, uranio e persino oro si formano letteralmente in un lampo. E se ne vanno nelle profondità dello spazio. Durante la durata della vita di quasi 14 miliardi di anni del nostro universo, questo è accaduto abbastanza volte da seminare le nebulose che alla fine collassano per formare sistemi solari come il nostro con l’oro – e anche tutti gli altri elementi pesanti.

Standard aureo

L’oro pervade le nostre vite. L’elemento è in ogni cellulare e computer. Rivestiamo occhiali da sole e visiere da astronauta con esso. Il filo d’oro è usato nell’elettronica e nell’abbigliamento. Le nazioni pagano i loro debiti con l’oro. Ne ricaviamo oggetti preziosi, dai gioielli ai manufatti religiosi. Ci mettiamo l’oro tra i denti e ci facciamo anche i bagni. I medici iniettano ai pazienti l’oro per alleviare l’artrite reumatoide. Puoi persino mangiare cioccolato ricoperto d’oro.
Carl Sagan ha detto notoriamente che siamo fatti della materia delle stelle. Così è il mondo intorno a noi. La prossima volta che guardi l’anello d’oro al dito o senti la catena d’oro intorno al collo, ricorda che sono davvero un dono delle stelle.

Risorse Utili:

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