L'astronomo Carl Sagan ha detto meglio:"Siamo fatti di roba da star". Gli atomi che compongono le sostanze chimiche dei nostri corpi non hanno avuto origine sulla Terra; provenivano dallo spazio profondo. Il big bang ha creato idrogeno, elio e un po' di litio, ma gli atomi più pesanti, quelli essenziali per la vita, provenivano da processi legati alle stelle.

Gli scienziati possono ora sondare più a fondo. Quali tipi di processi stellari producono quali elementi? E che tipo di stelle sono coinvolte?

Un nuovo esperimento chiamato TIGERISS, previsto per la Stazione Spaziale Internazionale, mira a scoprirlo. TIGERISS è stata scelta come l'ultima missione NASA Astrophysics Pioneers.

I pionieri sono missioni di astrofisica su piccola scala che consentono indagini innovative sui fenomeni cosmici. Possono includere esperimenti progettati per volare su piccoli satelliti, palloni scientifici, la stazione spaziale e carichi utili che potrebbero orbitare o atterrare sulla Luna.

All'inizio di quest'anno, i quattro precedenti concept di missione Pioneers, scelti nel gennaio 2021, hanno ricevuto il via libera per andare avanti con la costruzione e sono stati approvati per volare entro la fine di questo decennio.

"Le missioni Pioneer sono un'opportunità inestimabile per gli scienziati dall'inizio alla metà della carriera per condurre avvincenti indagini di astrofisica, acquisendo al contempo una vera esperienza nella costruzione di strumentazione spaziale", ha affermato Mark Clampin, direttore della divisione di astrofisica presso la sede della NASA a Washington. "Con TIGERISS, i Pionieri espandono la loro portata alla stazione spaziale, che offre una piattaforma unica per esplorare l'universo."

Occhio della TIGRE

Il ricercatore principale di TIGERISS Brian Rauch, professore associato di fisica alla Washington University di St. Louis, ha lavorato su questioni di origine elementare e particelle ad alta energia da quando era uno studente universitario. Per quasi tre anni al college, Rauch ha lavorato su un rivelatore di particelle chiamato Trans-Iron Galactic Element Recorder, o TIGER. L'esperimento ha avuto il suo primo volo in mongolfiera nel 1995; voli in mongolfiera di lunga durata hanno anche lanciato una versione di TIGER dall'Antartide nel 2001-2002 e dal 2003 al 2004.

Man mano che Rauch progrediva nella sua carriera di ricercatore, aiutò TIGER a evolversi nel più sofisticato SuperTIGER. L'8 dicembre 2012, SuperTIGER è stato lanciato dall'Antartide per il suo primo volo, navigando a un'altitudine media di 125.000 piedi e stabilendo un nuovo record per il volo scientifico più lungo in mongolfiera:55 giorni. Anche SuperTIGER ha volato per 32 giorni da dicembre 2019 a gennaio 2020. L'esperimento ha misurato l'abbondanza di elementi sulla tavola periodica fino al bario, numero atomico 56.

Sulla Stazione Spaziale Internazionale, la famiglia di strumenti TIGER raggiungerà nuove vette. Senza l'interferenza dell'atmosfera terrestre, l'esperimento TIGERISS effettuerà misurazioni ad alta risoluzione e raccoglierà particelle pesanti che non sarebbero possibili da un pallone scientifico. Un trespolo sulla stazione spaziale consentirà anche un esperimento fisico più grande - 3,2 piedi (1 metro) di lato - di quanto potrebbe stare su un piccolo satellite, aumentando le dimensioni potenziali del rivelatore. E l'esperimento potrebbe durare più di un anno, rispetto a meno di due mesi su un volo in mongolfiera. I ricercatori intendono essere in grado di misurare singoli elementi pesanti come il piombo, numero atomico 82.

Roba da star

Tutte le stelle esistono in un delicato equilibrio:hanno bisogno di emettere abbastanza energia per contrastare la propria gravità. Quell'energia viene dalla fusione di elementi insieme per crearne di più pesanti, inclusi carbonio, azoto e ossigeno, che sono importanti per la vita come la conosciamo. Ma una volta che una stella gigante cerca di fondere atomi di ferro, la reazione non genera energia sufficiente per combattere la gravità e il nucleo della stella collassa.

Ciò innesca un'esplosione nota come supernova, in cui le onde d'urto espellono tutti quegli elementi pesanti che erano stati creati nel nucleo della stella. L'esplosione stessa crea anche elementi pesanti e li accelera quasi alla velocità della luce, particelle che gli scienziati chiamano "raggi cosmici".

Ma questo non è l'unico modo in cui si possono formare atomi pesanti. Quando un residuo superdenso di una supernova chiamata stella di neutroni si scontra con un'altra stella di neutroni, la loro catastrofica fusione crea anche elementi pesanti.

TIGERISS non sarà in grado di evidenziare particolari collisioni di supernove o stelle di neutroni, ma "aggiungerebbe un contesto su come questi elementi in rapido movimento vengono accelerati e viaggiano attraverso la galassia", ha affermato Rauch.

Quindi quanto contribuiscono le supernove e le fusioni di stelle di neutroni a creare elementi pesanti? "Questa è la domanda più interessante che possiamo sperare di affrontare", ha detto Rauch.

"Le misurazioni di TIGERISS sono fondamentali per comprendere come la nostra galassia crea e distribuisce la materia", ha affermato John Krizmanic, vice investigatore principale di TIGERISS presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.

TIGERISS fornirà anche informazioni sull'abbondanza generale di raggi cosmici, che rappresentano un pericolo per gli astronauti. + Esplora ulteriormente

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