La galassia in raggi X: le misurazioni più precise di sempre ci avvicinano a ricostruire la misteriosa presenza dello zolfo nell’universo

Lo zolfo è un elemento essenziale per gli organismi viventi della Terra, ma il suo dominio va ben oltre i confini del nostro pianeta. Lo zolfo, infatti è uno degli elementi più abbondanti del sistema solare: l’anno scorso, il rover Curiosity della NASA ha individuato cristalli di zolfo puro sulla superficie di Marte, e sappiamo che la superficie della luna gioviana Io ne è praticamente ricoperta. Ma abbiamo trovato tracce di zolfo anche in diversi meteoriti, nelle nebulose planetarie e, ovviamente, nei dintorni delle supernove da cui origina.

Lo zolfo, però, è molto reattivo e mutevole, cosa che rende molto complicato ricostruire la sua presenza nell’universo. Grazie alla missione XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) guidata dalla Japan Aerospace Exploration Agency, un team di ricerca internazionale è riuscito per la prima volta a misurare lo zolfo solido e gassoso nel mezzo interstellare della Via Lattea, gettando nuova luce sulla natura di quest’elemento fondamentale e sulla chimica della nostra galassia.

Lo zolfo “nascosto” nella nostra galassia

Senza acido solforico buona parte dell’industria chimica si fermerebbe. Fertilizzanti, polvere da sparo, benzina, detersivi e batterie al piombo non esisterebbero senza un’ampia disponibilità di zolfo. Ma il dominio di questo elemento è molto più ampio: lo zolfo si trova in prossimità di vulcani e sorgenti calde, nei minerali, nelle piogge acide e negli aminoacidi alla base delle proteine che sostengono la vita sulla Terra.

Lo zolfo si trova anche al di là del nostro pianeta: lo abbiamo scoperto in diversi meteoriti e anche nei campioni prelevati sull’asteroide Bennu durante la missione OSIRIS-REx della NASA. E pare che il caratteristico colore della superficie di Io, il satellite di Giove tormentato dall’attività vulcanica più intensa del sistema solare, sia dovuto proprio alla presenza nell’atmosfera di diverse forme di zolfo, che in buona parte finiscono con l’essere ridepositate sulla superficie della luna.

Lo zolfo è ovunque perché è uno dei prodotti delle reazioni di fusione nucleare con le quali le stelle convertono l’elio in elementi più pesanti. Perciò lo si trova nelle nebulose planetarie e nel mezzo interstellare, nelle atmosfere di pianeti ed esopianeti, intorno alle comete, nelle onde d’urto generate dall’esplosione delle supernove e anche “nascosto” nella polvere stellare.

Qualche anno fa si arrivò addirittura a parlare di un enigma legato all’“anomalia” dello zolfo, perché le in alcuni ambienti stellari sembra esserci una netta carenza di questo elemento rispetto a quello che si aspettano gli scienziati. Si è scoperto poi, all’inizio di quest’anno, che in quegli ambienti lo zolfo può legarsi all’ammonio per formare un sale di idrosolfuro di ammonio che si attacca alla polvere e ai ciottoli, e che potrebbe effettivamente sfuggire alle analisi spettroscopiche.

I raggi X per scoprire dove si nasconde lo zolfo

Oggi, grazie ai dati della sonda spaziale giapponese XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), un team internazionale di ricercatori è riuscito a effettuare la prima misurazione diretta dello zolfo nel mezzo interstellare, individuandolo sia in fase solida che gassosa.

Come spiega Lía Corrales, professoressa associata di astronomia presso l’Università del Michigan, tra gli autori dello studio pubblicato su Publications of the Astronomical Society of Japan, abbiamo ancora molti interrogativi su dove si trovi lo zolfo nell’universo. Nelle zone più dense del mezzo interstellare, infatti, quest’elemento scompare molto rapidamente:

“Può facilmente passare da gas a solido e viceversa. La sonda spaziale XRISM fornisce la risoluzione e la sensibilità di cui abbiamo bisogno per individuarlo in entrambe le forme e scoprire di più su dove potrebbe nascondersi”,

spiega Corrales.

La missione XRISM, guidata dalla Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), in collaborazione con NASA ed ESA, fornisce la migliore risoluzione spettrale con cui studiare il fotoassorbimento dello zolfo nel mezzo interstellare:

“L’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha già studiato lo zolfo, ma le misurazioni di XRISM sono le più dettagliate finora”,

spiega Brian Williams, scienziato del progetto XRISM presso il Goddard Space Flight Center della NASA.

Lo zolfo potrebbe viaggiare su polvere di pirite

I ricercatori hanno usato la spettroscopia a raggi X della sonda XRISM. Hanno scelto una porzione del mezzo interstellare della giusta densità, cioè che assorbisse soltanto parte dei raggi X, e selezionato una sorgente luminosa di raggi X dietro di essa, un sistema stellare nella costellazione dello Scorpione. Quindi, esattamente come avviene nelle radiografie, hanno analizzato l’assorbimento delle radiazioni da parte dei diversi elementi, e hanno determinato che che lo zolfo era presente non solo come gas, ma anche come solido. XRISM infatti ha trovato prove di assorbimento residuo da zolfo solido, probabilmente mescolato al ferro.

“La chimica in ambienti come il mezzo interstellare è molto diversa da qualsiasi cosa possiamo fare sulla Terra, ma abbiamo modellato lo zolfo combinato con il ferro e sembra corrispondere a ciò che stiamo osservando con XRISM. Da anni il nostro laboratorio crea modelli per diversi elementi proprio per confrontarli con i dati astronomici”,

spiega Elisa Costantini, astronoma senior presso la Space Research Organization Netherlands e co-autrice dello studio.

I composti ferro-zolfo sono piuttosto comuni nei meteoriti, perciò gli scienziati hanno a lungo pensato che potessero essere una delle forme in cui lo zolfo viaggia attraverso l’universo. Secondo Corrales e il suo team, ci sono alcuni composti i cui modelli di assorbimento potrebbero corrispondere alle osservazioni. Pirrotite, troilite e pirite potrebbero essere uno dei “nascondigli” dello zolfo che attraversa la Via Lattea intrappolato in grani di polvere.

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