L’inesplorato mondo di MINCE: Abbondanze di elementi a cattura neutronica dove nessuno guarda

Soltanto gli elementi chimici fino al ferro si possono formare all’interno delle stelle per fusione nucleare. Gli elementi più pesanti come il piombo, l’oro o l’uranio sono prodotti grazie a cattura di neutroni; per questo motivo tali elementi sono noti come elementi a cattura neutronica.
Possiamo distinguere almeno due canali di produzione degli elementi pesanti: quello chiamato “slow process” (s-process), legato a catture che sono lente rispetto al tempo di decadimento beta degli isotopi instabili che si formano; e “rapid process” (r-process) in cui avvengono svariate catture prima che il decadimento beta abbia tempo di agire.

Per l’s-process abbiamo delle conoscenze approfondite di chi è il principale attore, ovvero stelle di piccole masse durante le ultime fasi della loro vita. Al contrario, per l’ r-process la situazione è più complessa; siamo sicuri che i merging di stelle di neutroni giochino un ruolo, ma è poco chiaro se essi sono gli unici attori o altre tipi di esplosioni di stelle possano giocare un ruolo significativo.
La misura delle abbondanze di questi elementi nelle stelle alone della nostra Galassia, notoriamente più antiche, riveste quindi un ruolo essenziale in quanto può dirimere i diversi ruoli in questa complessa situazione. Inoltre permette di studiare l'arricchimento chimico della Galassia con un punto di vista diverso rispetto a quello degli altri elementi chimici e quindi, in ultima analisi, di capirne meglio l’evoluzione. 
Lo scopo del progetto MINCE (Measuring at Intermediate metallicity Neutron-Capture Elements) è esattamente quello di misurare le abbondanze degli elementi a cattura neutronica nelle stelle dell’alone galattico caratterizzate da un contenuto di metalli (per gli astronomi con “metalli” si intendono tutti gli elementi superiori all’elio nella tabella periodica)  tra un decimo ed un centesimo della metallicità solare (più precisamente nell’intervallo, -2.5<[Fe/H]< -1.5).
Il motivo della scelta non è casuale: attualmente, gli sforzi degli astronomi si concentrano principalmente in studi di stelle nell’alone galattico a metallicità ancora più bassa, minore di un millesimo della metallicità solare. Questo sforzo verso il sempre più metal-poor ha portato negli anni ad una lacuna osservativa per stelle di alone a metallicità intermedia a causa dei pochi dati raccolti, ed è qui che entra in gioco MINCE. L’idea è esattamente quella di colmare questa lacuna, utilizzando telescopi di vari osservatori nel mondo e concentrandosi su stelle sufficientemente luminose (magnitudine G < 11), sempre però con lo scopo di ottenere osservazioni di eccellente qualità (ad alto rapporto segnale/rumore), prerequisito indispensabile per una corretta misura delle abbondanze degli elementi a cattura neutronica.
La survey MINCE è iniziata agli inizi 2019 con l’obiettivo di ottenere spettri di oltre 1000 oggetti. Nei primi due anni sono state effettivamente osservate oltre 400 stelle presso vari osservatori sparsi nell’emisfero boreale ed australe. Gli osservatori/strumenti coinvolti sono HARPS-N al Telescopio Nazionale Galileo (TNG), FIES al Nordic Optical Telescope (NOT), Sophie al Observatoire de Haute Provence, ESPaDOnS al Canada-France-Hawaii telescope (CFHT), UVES al Very Large Telescope (ESO al Paranal), FEROS al 2.2 metri (ESO a La Silla) e VUES all’Osservatorio di Vilnius.
Nel recente articolo pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, Vol. 668, id.A168 presentiamo nel dettaglio questa survey e  lo studio del primo campione di MINCE, composto da 59 spettri di 46 stelle, per le quali si è proceduto alla misura delle rispettive velocità radiali, orbite Galattiche e delle abbondanze degli elementi fino allo zinco.
Il prodotto finale di MINCE sarà un open database con tutte le abbondanze degli elementi misurati.

DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202244515

ArXiv: https://arxiv.org/abs/2212.00040

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Esempi di spettri ottenuti per 4 stelle centrati attorno alla riga dello Zn I, 481.0 nm. Il contenuto di zinco viene stimato misurando l’area sottesa dalla riga spettrale sotto esame (Zn I, nel nostro caso) e grazie alla bontà degli spettri ottenuti, già visivamente è possibile evidenziare le diverse abbondanze nei 4 oggetti. Lo spostamento degli spettri è un artefatto per permetterne una visualizzazione migliore. 

 


Andamento dello zinco in funzione della metallicità delle stelle. Tale andamento va confrontato con i modelli teorici (rappresentati da linee in figura) per cercare di replicare, e quindi capire, l’evoluzione dell’arricchimento chimico della nostra Galassia e non solo. In Figura mostriamo le stelle di Enceladus e Sequoia in rosso ed in verde, mentre in blu sono raffigurate le stelle della Galassia.