Abbondanza cosmica

L'abbondanza cosmica misura quanti atomi di ciascun elemento sono presenti, in media, nell’universo. Non conta la massa, ma il numero di atomi. Serve a capire la composizione chimica del cosmo e come si è formata la materia, dal Big Bang fino a oggi.

Nell’universo non tutti gli elementi sono presenti nella stessa quantità. Alcuni sono ovunque. Altri, invece, sono rari come pepite d’oro in un fiume.

L’abbondanza cosmica ci racconta proprio questo: quanti atomi di ciascun elemento esistono, in media, nel cosmo. Non si guarda il peso, ma il numero. Quanti atomi di idrogeno? Quanti di elio? E di ossigeno, ferro, carbonio?

È una misura che ci dice, ad esempio, che l’idrogeno è molto più comune del ferro, o che l’elio è secondo solo all’idrogeno.

Per fare confronti, gli scienziati usano due scale.

• Una scala prende come riferimento l’idrogeno, l’elemento più comune, e calcola gli altri in percentuale.
• L’altra scala si basa sul silicio, fissandolo a un milione di atomi (10⁶). Un po’ come dire: partiamo da un numero comodo e vediamo come si distribuisce il resto.

Come si misura l’abbondanza degli elementi

Tutto dipende da cosa stiamo osservando. Se si tratta di rocce terrestri o di meteoriti, possiamo analizzare i campioni in laboratorio. Usiamo strumenti molto precisi per scoprire, atomo per atomo, che cosa contengono.

Nel caso del Sole o delle stelle, dobbiamo affidarci alla luce. Ogni elemento emette una firma precisa, come una riga colorata nello spettro. È un codice chimico, inciso nella luce stellare che possiamo analizzare tramite l'analisi spettroscopica. Studiando queste righe, la loro larghezza e la loro intensità, capiamo quali elementi sono presenti e in che quantità.

E quando guardiamo lo spazio tra le stelle, o tra le galassie? Lì la materia è fredda e rarefatta, ma non silenziosa. Alcuni atomi emettono onde radio deboli ma riconoscibili. Grazie alla radioastronomia, possiamo ascoltarle e ricostruire la composizione anche delle zone più lontane.

Quali sono gli elementi più presenti?

In tutto l’universo osservabile, due elementi dominano la scena: idrogeno ed elio. Da soli formano circa il 95 per cento di tutta la materia visibile. Tutti gli altri, carbonio, ossigeno, ferro, silicio, messi insieme occupano appena il restante cinque per cento.

Il motivo è semplice. Idrogeno ed elio sono i primi nati. Si sono formati nei primi minuti dopo il Big Bang, quando l’universo era ancora una zuppa densa e caldissima. Gli altri sono arrivati molto dopo, creati dentro le stelle o liberati da esplosioni cosmiche.

E sulla Terra?

Qui le proporzioni sono molto diverse. Sulla superficie terrestre, idrogeno ed elio sono poco presenti. Il motivo è che sono gas leggeri. Fanno fatica a restare intrappolati dalla gravità del nostro pianeta. Col tempo, gran parte di essi è sfuggita via, dispersa nello spazio.

Ecco perché, sulla Terra, troviamo molto più ossigeno, silicio, ferro. Sono più pesanti. E tendono a restare.

La regola è molto semplice: più un elemento è pesante, meno è abbondante. È una tendenza chiara. Man mano che cresce il numero atomico. cioè il numero di protoni nel nucleo dell’atomo, la presenza dell’elemento nell’universo tende a diminuire.

Gli elementi leggeri, come idrogeno ed elio, si sono formati subito. Quelli più pesanti, come oro o uranio, richiedono condizioni estreme per nascere: fusioni nucleari dentro le stelle, o eventi rari e violenti come le supernove. Per questo sono rari. Sono il prodotto finale di una lunga storia stellare. Si sono formati dopo.