Astrofisica Stellare

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====== 11.3 I processi rapidi "r" e "p". ======

<WRAP justify>
Abbiamo già notato come i nuclei "isola" non possano essere
raggiunti dalla traiettorie S. E' subito visto come tali nuclei
richiedano l'intervento di almeno due successive catture, di
neutroni o protoni, a partire da un isotopo collocato nella valle
di stabilità. Ciò indica come all'evoluzione nucleare debbano
aver contribuito anche processi "rapidi", tali cioè che il tempo
tra due successive catture risulti molto minore del tempo di decadimento
del primo isotopo instabile formato. Il luogo naturale per tali
processi è ovviamente l'esplosione di una Supernova.

Notiamo anche che i processi S rendono ragione dei picchi S in
Fig. 11.1, ma non dei "bump" di abbondanza che
precedono regolarmente i picchi stessi. Sono infatti processi
rapidi "r" di cattura neutronica che giustificano non solo
l'esistenza di nuclei isola sulla destra della valle di
stabilità, ma anche una tale caratteristica nella distribuzione
delle abbondanze. Dobbiamo dunque assumere che a causa
dell'improvviso e intensissimo flusso di neutroni prodotto nel
collaaso di una supernova i nuclei preesistenti inizino una serie
di successive catture neutroniche, spostandosi nella zona
instabile $\beta^-$ sulla destra della valle di stabilità.
L'allontanamento non può però essere indefinito: all'aumentare
del numero di neutroni diminuisce l'energia di legame degli stessi
e la catena di catture finisce col giungere ad un punto in cui il
neutrone aggiunto è  subito espulso dai fotoni del bagno
termico. Il nucleo (nucleo di attesa) finisce quindi col decadere
$\beta^-$, passando da Z a Z+1, e può ricominciare ad accogliere
neutroni sino a formare nuovamente un nucleo di attesa.

Le aree tratteggiate in Fig. 11.5 mostrano
indicativamente le aree popolate da tali nuclei di attesa. Il
flusso di neutroni è peraltro un fenomeno molto rapido: al
cessare del flusso tutti i nuclei instabili subiranno una catena
di decadimenti $\beta^-$ sino a raggiungere una configurazione
stabile. Avendo in mente tale meccanismo, in Fig. 11.4
si possono riconoscere tre tipi di nuclei
  - Le isole ricche di neutroni, che possono essere popolate solo da processi "r"
  - I nuclei schermati da un isola "r", che non possono essere raggiunte dai processi rapidi e sono quindi prodotte esclusivamente dai processi "S"
  - I nuclei r,S la cui abbondanza risulta dal contributo di ambo i processi.

Si ha cosi tutta una serie di nuclei S-puri o r-puri che portano
un importante testimonianza del contributo alla nucleosintesi dei
vari processi.

L'esistenza di numeri magici di neutroni introduce infine in tale
quadro generale un ulteriore elemento: nuclei instabili con numero
magico di neutroni hanno sezioni d'urto di cattuta molto basse.
Quindi sono nuclei di attesa che decadono $\beta^-$. Il prodotto
del dacadimento non è più magico, ma può prendere un solo
neutrone che lo fa ritornare magico. Come schematizzato
nell'angolo a destra della Fig. 11.5, in
corrispondenza di un  numero magico N$_m$ i nuclei sono costretti ad
"arrampicarsi" lungo la linea N=N$_m$, popolando cos\`1 la regione
al di sotto del picco "S" che corrisponde allo stesso valore N=N$_m$.
Come schematizzato in figura, all'esaurirsi del flusso dei
neutroni tali nuclei decaderanno $\beta^-$, andando a popolare la
valle di stabilit\`a giusto sulla sinistra del picco "S", dando
quindi ragione dei //bump// che in natura accompagnano quei picchi.

A tale scenario occorre infine aggiungere l'evidenza  portata dai
nuclei isola ricchi di protoni, sulla sinistra della valle, il cui
popolamento richiede multiple catture protoniche. Come mostrato in
Fig. 11.6 l'abbondanza in natura di tali nuclei p-puri
mostra che tali processi "p" hanno avuto un'efficienza circa un
ordine di grandezza inferiore a quella dei processi "s" o "r".
L'intervento dei processi "p" si limita quindi essenzialmente al
popolamento delle relative isole, con marginali contributi alla
produzione degli altri nuclei. In conclusione potremo continuare a
distinguere i nuclei oltre il ferro in s-puri, r-puri, rs, cui
dovremo aggiungere i p-puri delle isole.
\\
\\
{{:c11:fig11_06.jpg?550}}
\\
**Fig. 11.6**
Abbondanza in numero degli elementi pesanti
formati ripettivamente da processi S, r o p, normalizzata a 10$^6$
atomi di Si. Si notino i picchi e "bump" nelle abbondanze S e r.
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L'origine dei processi "p" va ricercata ancora una volta
nell'esplosione delle Supernovae, nel corso della quale la materia
viene improvvisamente portata a temperature che posono superare i
10$^9$ K. A tali temperature è efficiente la produzione di
coppie
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$$\gamma \rightarrow e^+ + e^-$$
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che può essere seguita da
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$$e^+ + (Z.A) \rightarrow (Z+1,A) + \overline \nu$$
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cui si aggiungono le catture protoniche dirette
\\
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$$(Z,A) + p \rightarrow (Z+1, A+1) + \gamma$$
\\
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Possiamo concludere osservando come la distribuzione delle specie
nucleari nell'Universo, considerata per molto tempo una realtà
insondabile, porti al contrario una chiara testimonianza della
storia dell'Universo nel suo insieme, a partire dal Big Bang e
attraverso la nascita e la morte delle strutture stellari.
</WRAP>
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~~DISQUS~~