La nucleosintesi stellare è il termine che indica le reazioni nucleari che avvengono all’interno di una stella, con l’effetto di produrre i nuclei degli elementi chimici. Nelle stelle vengono prodotti tutti gli elementi chimici tranne l’idrogeno che funge da carburante iniziale.
I risultati recenti
Nucleosintesi – Recentemente sono state effettuate diverse analisi spettroscopiche di stelle con pianeti. Uno dei risultati più rilevanti è stato quello di scoprire che le stelle con pianeti sono in media più metalliche delle stelle dello stesso tipo spettrale senza pianeti noti.
(Santos, Israelian & Mayor 2001, A&A, 373, 1019; 2004, A&A, 415, 1153).
Ci sono due possibili ipotesi per mettere in relazione l’eccesso di metallicità con la presenza di pianeti. Il primo è quello dell’autoarricchimento che attribuisce l’origine della sovrabbondanza di metalli osservata nelle stelle con pianeti all’accrescimento sulla stella madre di grandi quantità di materiale planetario roccioso, ricco di metalli e povero di elementi come idrogeno (H) ed elio (He). L’ipotesi opposta (principale) ritiene che l’eccesso di metalli sia dovuto all’elevato contenuto di metalli della nube protoplanetaria da cui si è formato il sistema stella-pianeta.
Gli elementi leggeri possono fornire preziose informazioni sul mescolamento, la diffusione e l’evoluzione del momento angolare che caratterizza la dinamica rotatoria delle stelle con pianeti. Inoltre riceviamo importanti risultati sull’attività stellare causata dall’interazione con gli esopianeti (Santos, Israelian, García López citato).
Quindi, questi studi sono importanti per la determinazione e la conoscenza delle interazioni stelle pianeti, ma risulta pure fondamentale la questione chimico-nucleare. Essa fornisce, mediante i processi nucleari di nucleosintesi, gli elementi chimici che permettono la vita biologica.
Le reazioni nucleari (nucleosintesi) nelle stelle
Sappiamo che per formare una stella bisogna avere il carburante primario che è l’idrogeno (H). Da questo, mediante successive reazioni nucleari si formano i nuclei degli elementi chimici più complessi e pesanti. Vediamo le prime reazioni nucleari (nucleosintesi):
- catena protone-protone è un processo nucleare che trasforma nuclei di idrogeno (protoni) in nuclei di elio (Hans Albrecht Bethe, 1939). Il ciclo protone-protone rappresenta la sorgente di energia principale per la maggior parte delle stelle dell’universo. Nel Sole questa catena è il processo predominante. Un altro processo che porta alla formazione di elio partendo da idrogeno è il ciclo CNO;
- ciclo del carbonio-azoto-ossigeno (o ciclo CNO, o ciclo di Bethe). I modelli teorici prevedono che il ciclo CNO sia la principale sorgente di energia per le stelle più massicce, con masse circa il 20% maggiori di quella del Sole, mentre la catena protone-protone è dominante per le stelle più piccole;
- processo alfa è una delle due classi di reazioni di fusione nucleare tramite le quali le stelle convertono l’elio in elementi più pesanti (l’altro è il processo tre alfa);
- processo tre alfa è il processo per cui tre nuclei di elio (particella α) sono alla fine trasformati in carbonio dopo una serie di reazioni nucleari che passa attraverso la sintesi del berillio-8, che è una reazione endotermica cioè assorbe energia dal plasma. Fa parte delle reazioni nucleari della nucleosintesi stellare.
- processo di fusione del carbonio è una reazione di fusione nucleare che avviene nelle stelle massicce (almeno 8 volte la massa solare) quando hanno esaurito tutti gli elementi più leggeri nel loro nucleo.
Esistono altre reazioni nucleari per la formazione di elementi ancora più complessi.
Ci siamo fermati al carbonio perché è quello che permette la vita biologica come noi la conosciamo.
Carbonio e vita
Si può pensare che ogni organismo vivente sia formato da atomi capaci di dar luogo a sistemi altamente organizzati. C’è da sottolineare l’importanza dei materiali costituenti rispetto all’organizzazione dell’insieme tenendo conto che alcuni materiali sono chiaramente inadatti allo scopo.
Non si può costruire un computer digitale facendo uso del legno o praticando la tecnologia del ferro battuto. Analogamente non possiamo pensare che un organismo vivente possa essere costituito per la maggior parte da composti ionici. Le forze presenti tra gli ioni non permetteranno di raggiungere il grado di complessità necessario per il mantenimento di una struttura complessa.
Il motivo principale per cui possiamo affermare che non vi è vita se non basata sul carbonio, è che non conosciamo altri elementi della tavola periodica capaci di fornire una chimica molecolare così varia ed estesa come quella del carbonio.
Esistono delle ragioni valide sul perché la vita si ritrovi solo entro i limiti di dimensioni e temperature ben precisi. Sono gli stessi limiti di dimensioni presentati dalle macromolecole e dai complessi da esse formati che hanno il carbonio come costituente. Anche per la temperatura i limiti sono quelli propri della stabilità dei composti del carbonio ed entro i quali le reazioni di questi composti possono avvenire a velocità possibili.
Nei prossimi numeri cercheremo di approfondire la questione della vita per arrivare ad accettare la possibilità di altra vita non terrestre.