Glossario

Introduzione

Questa appendice raccoglie i termini tecnici, le sigle e le abbreviazioni più frequentemente usati nel libro, organizzati alfabeticamente. Per ciascuna voce si dà una definizione operativa essenziale, con riferimento al capitolo principale di trattazione quando rilevante. Per il glossario nucleare formale e per definizioni esaustive si rinvia alla documentazione IAEA-NDS [International Atomic Energy Agency] .

A

$\alpha$-element. Elemento la cui sintesi nucleosintetica passa principalmente per cattura di particelle $\alpha$ ($^{4}\mathrm{He}$) in regime quiescente o esplosivo. Tipicamente O, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca. Sono prodotti dominante in SN core-collapse, con firma $[\alpha/\mathrm{Fe}] \approx +0{,}3$-$0{,}4$ in stelle Pop II (capitoli 3, 5 e 7).

$\alpha$-rich freeze-out. Regime di nucleosintesi esplosiva in cui la materia raggiunge NSE completa a $T > 5 \times 10^{9}$ K seguita da raffreddamento rapido per espansione idrodinamica; le particelle $\alpha$ libere sopravvivono al freeze-out e producono $^{56}\mathrm{Ni}$ in eccesso al QSE. Sito principale della produzione del $^{56}\mathrm{Ni}$ che alimenta la curva di luce delle SN core-collapse (capitolo 5).

AGB (Asymptotic Giant Branch). Fase evolutiva finale delle stelle di massa $0{,}8$-$8\,M_\odot$, caratterizzata da core CO degenere, doppia shell di H e He burning, involucro convettivo esteso. Suddivisa in E-AGB (early) e TP-AGB (thermally pulsing). Sito principale del processo s main component (capitolo 4).

AME (Atomic Mass Evaluation). Compilazione di riferimento delle masse nucleari, mantenuta da Wang-Huang-Kondev et al. Versione corrente: AME2020.

APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment). Survey spettroscopico in banda H (IR) della Via Lattea da SDSS, $\sim 10^{5}$ stelle a $R \sim 22\,500$.

B

B²FH. Burbidge, Burbidge, Fowler, Hoyle (1957). Articolo fondativo Synthesis of the Elements in Stars in Reviews of Modern Physics, che organizza i meccanismi di nucleosintesi stellare nei “processi” canonici ($\alpha$, e, s, r, p, x).

BBN (Big Bang Nucleosynthesis). Nucleosintesi primordiale nei primi $\sim 20$ minuti dopo il Big Bang. Produce H, $^{2}\mathrm{H}$, $^{3}\mathrm{He}$, $^{4}\mathrm{He}$, tracce di $^{7}\mathrm{Li}$ (capitolo 2).

Beryllium transport (Cameron-Fowler). Meccanismo di produzione di $^{7}\mathrm{Li}$ in AGB di massa intermedia e in novae: $^{3}\mathrm{He}(\alpha,\gamma)^{7}\mathrm{Be}$ alla base dell’envelope convettivo, trasporto rapido di $^{7}\mathrm{Be}$ verso regioni fredde, decadimento $^{7}\mathrm{Be}(e^{-},\nu)^{7}\mathrm{Li}$ preservato dal mescolamento (capitoli 4 e 5).

BNS (Binary Neutron Star). Sistema binario di due stelle di neutroni. Sito r-process confermato via GW170817 (capitolo 6).

Branching point. Nuclide instabile lungo il cammino di un processo di nucleosintesi neutronica (s o r) in cui la cattura n successiva compete con il decadimento $\beta$. Il branching ratio diagnosticizza condizioni del sito (densità neutronica, temperatura). Esempi: $^{85}\mathrm{Kr}$, $^{151}\mathrm{Sm}$, $^{176}\mathrm{Lu}^{m}$ (capitolo 4).

C

Carta dei nuclidi. Rappresentazione bidimensionale di tutti i nuclei nel piano $(N, Z)$. Vedi appendice A.

CEMP (Carbon-Enhanced Metal-Poor). Stelle EMP con $[\mathrm{C/Fe}] \gtrsim +1$. Sottotipi: CEMP-no (no s/r enhancement, origine SN Pop III con fallback), CEMP-s (mass transfer da AGB), CEMP-r (singolo evento r), CEMP-r/s (processo i). Capitoli 4, 7 e 8.

Chemical tagging. Tecnica di identificazione di gruppi di stelle co-formate attraverso firma chimica multielementale ($> 10$ elementi). Permette ricostruzione di eventi di accrescimento ancestrali (capitolo 7).

CNO cycle. Ciclo di reazioni protoniche catalizzate da $^{12}\mathrm{C}$, $^{14}\mathrm{N}$, $^{16}\mathrm{O}$ che fonde 4 protoni in $^{4}\mathrm{He}$. Dominante in stelle MS con $M > 1{,}3\,M_\odot$ (capitolo 3).

Collapsar. SN di stella molto massiccia con buco nero centrale e accrescimento, ejecta neutron-rich da disco. Sito candidato r-process complementare a NSM (capitoli 6 e 8).

Compactness parameter ($\xi$). Parametro adimensionale che predice l’esito esplosivo vs failed di SN core-collapse: $\xi_{2,5} = 2{,}5\,M_\odot/R(M = 2{,}5\,M_\odot)$ all’inizio del collasso. Esplosione tipica per $\xi < 0{,}2$, fallback per $\xi > 0{,}3$ (capitolo 5).

Cosmocronometro. Coppia di nuclidi radioattivi e stabili usata per datare popolazioni stellari o eventi cosmici. Esempi: $^{187}\mathrm{Re}/^{187}\mathrm{Os}$, $^{232}\mathrm{Th}/^{238}\mathrm{U}$ (capitoli 4 e 6).

D

DD (Double Degenerate). Scenario SN Ia con fusione di due nane bianche CO in sistema binario stretto, per emissione di onde gravitazionali. Canale dominante per SN Ia normali (capitolo 5).

DDT (Delayed Detonation Transition). Modello SN Ia con fase iniziale di deflagrazione subsonica seguita da transizione a detonazione supersonica a $\rho \sim 10^{7}$ g/cm$^{3}$.

Drip-line. Bordo della carta dei nuclidi oltre cui l’aggiunta di un nucleone non è energeticamente legata ($S_n \le 0$ per neutron drip-line, $S_p \le 0$ per proton drip-line). Bersagli dei processi r (drip-line n) e rp (drip-line p).

DTD (Delay Time Distribution). Distribuzione del tempo fra formazione di un sistema progenitore SN Ia e la sua esplosione. Forma power-law $\Psi(\tau) \propto \tau^{-1}$ supportata da Maoz-Mannucci (capitoli 5 e 7).

E

ECSN (Electron-Capture Supernova). Supernova di stella SAGB di massa $7$-$10\,M_\odot$ in cui l’esplosione è mediata da cattura elettronica su Mg e Ne (capitolo 5).

EMP (Extremely Metal-Poor). Stella con $[\mathrm{Fe/H}] < -3$. UMP: $[\mathrm{Fe/H}] < -4$. HMP: $[\mathrm{Fe/H}] < -5$. Capitoli 7 e 8.

Equation of state (EOS). Relazione $P(\rho, T, X_i)$ che chiude le equazioni di struttura stellare o di materia neutronica. Per NS, vincolata da deformabilità mareale di GW170817 e da masse di pulsar (capitolo 6).

Eu/Fe. Rapporto di abbondanza diagnostico del processo r in stelle: $[\mathrm{Eu/Fe}] > +1$ definisce le r-II stars, $0{,}3 < [\mathrm{Eu/Fe}] < +1$ le r-I.

F

FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Facility di radioactive beams a GSI Darmstadt, in costruzione (prima physics campaign attesa ~2028). Complementare a FRIB.

Fission cycling. Meccanismo nel processo r-strong in cui nuclei superheavy ($Z > 95$) fissionano spontaneamente o per cattura n, re-iniettando frammenti $A \sim 130$-$170$ come seed per cicli successivi. Origine dell’universalità del pattern r in EMP (capitolo 6).

FRIB (Facility for Rare Isotope Beams). Facility radioactive beam al Michigan State University, operativa dal 2022. Programma scientifico: masse, vite medie $\beta$, $(n,\gamma)$ surrogate per nuclei drip-line.

FRUITY (FRANEC Repository of Updated Isotopic Tables and Yields). Database pubblico di yield AGB Cristallo et al., (fruity.oa-teramo.inaf.it).

G

GCE (Galactic Chemical Evolution). Modellistica dell’evoluzione delle abbondanze chimiche del gas e delle stelle nella Galassia (capitolo 7).

GCR (Galactic Cosmic Rays). Particelle accelerate a energie relativistiche, principalmente in onde d’urto SN, che attraversano la Galassia con tempo di residenza $\sim 10^{7}$-$10^{8}$ anni. Sito di produzione di Li, Be, B via spallazione (capitolo 2).

GW170817. Evento di onde gravitazionali del 17 agosto 2017, prima coalescenza BNS osservata con controparte elettromagnetica (kilonova AT2017gfo). Conferma del processo r in NSM (capitolo 6).

H

HBB (Hot Bottom Burning). Combustione nucleare alla base dell’envelope convettivo di AGB di massa intermedia ($M > 4\,M_\odot$, $T_{\mathrm{base}} > 5 \times 10^{7}$ K). Converte $^{12}\mathrm{C}$ in $^{14}\mathrm{N}$ e produce $^{7}\mathrm{Li}$ via Cameron-Fowler (capitolo 4).

HR diagram. Diagramma luminosità vs temperatura efficace su cui si rappresenta l’evoluzione delle stelle.

Hypernova. SN core-collapse con $E_{\mathrm{kin}} \sim 10^{52}$ erg e $M(^{56}\mathrm{Ni}) \gtrsim 0{,}3\,M_\odot$, associata a long GRB e a progenitori molto massicci con alta rotazione (capitolo 5).

I

IMF (Initial Mass Function). Distribuzione iniziale delle masse stellari: numero di stelle per intervallo di massa al momento della formazione. Salpeter $dN/dM \propto M^{-2{,}35}$, Kroupa, Chabrier (capitoli 3 e 7).

i-process (intermediate neutron capture). Processo di cattura neutronica con $\tau_n \sim \tau_\beta$ e $n_n \sim 10^{14}$-$10^{16}$ cm$^{-3}$, intermedio fra s e r. Siti candidati: AGB low-Z con proton ingestion (capitoli 5 e 8).

ISM (Inter-Stellar Medium). Mezzo interstellare gassoso fra le stelle della Galassia.

J

JINA REACLIB. Libreria pubblica di ratei di reazione termonucleare in formato standard per codici di rete, mantenuta dal Joint Institute for Nuclear Astrophysics (reaclib.jinaweb.org).

JUNA (Jinping Underground Nuclear Astrophysics). Acceleratore $400$ kV in laboratorio sotterraneo Jinping (Cina), dal 2023. Misure reazioni $(p,\gamma)$ e $(\alpha,\gamma)$ a energie astrofisiche.

JWST (James Webb Space Telescope). Telescopio spaziale IR operativo dal 2022. Spettroscopia galassie ad alto z, kilonove, polvere stellare.

K

KADoNiS (Karlsruhe Astrophysical Database of Nucleosynthesis in Stars). Compilazione di MACS per $\sim 250$ isotopi del processo s a $kT = 30$ keV (exp-astro.de/kadonis).

Kilonova. Curva di luce ottico-infrarosso da NSM, alimentata da decadimento $\beta^{-}$ di elementi r-process nell’ejecta. Confermata in AT2017gfo (capitolo 6).

Knee ($[\alpha/\mathrm{Fe}]$). Punto di flessione della curva $[\alpha/\mathrm{Fe}]$ vs $[\mathrm{Fe/H}]$ in popolazione stellare, segnano l’epoca di ingresso delle SN Ia nel pool di Fe. Diagnostico della SFR (capitolo 7).

L

LBV (Luminous Blue Variable). Stelle massicce in fase di instabilità prossima al limite di Eddington classico, con eruzioni impulsive di mass loss $\sim 1\,M_\odot$ (capitolo 3).

LECR (Low-Energy Cosmic Rays). Componente sub-GeV/nucleone dei GCR, sensibile alla modulazione solare. Diagnostica via righe $\gamma$ INTEGRAL/SPI di $^{12}\mathrm{C}^\ast$ e $^{14}\mathrm{N}^\ast$ (capitolo 2).

Ledoux criterion. Criterio di stabilità convettiva che include il gradiente di composizione $\nabla_\mu$: $\nabla_{\mathrm{rad}} > \nabla_{\mathrm{ad}} + (\varphi/\delta)\nabla_\mu$ (capitolo 3).

LMXB (Low-Mass X-ray Binary). Sistema binario in cui una stella di neutroni accresce da una compagna di MS o sub-gigante. Sito degli X-ray burst di Tipo I (capitolo 5).

LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics). Acceleratore al Gran Sasso (Italia), $400$ kV (LUNA originale) e $3{,}5$ MV (LUNA-MV dal 2023). Misure reazioni a energie astrofisiche.

M

MACS (Maxwellian-Averaged Cross Section). Sezione d’urto mediata su distribuzione Maxwell-Boltzmann a temperatura $kT$, tipicamente $30$ keV per il processo s. Tabulata in KADoNiS (capitolo 4).

Mass cut. Frontiera in SN core-collapse fra materia espulsa nell’ejecta e materia accresciuta nel residuo compatto (PNS o BH). Parametro libero nei modelli 1D, determinato dai modelli 3D self-consistent (capitolo 5).

MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). Codice open-source di evoluzione stellare di nuova generazione (mesa.sourceforge.net).

Metallicità ($Z$). Frazione in massa di elementi più pesanti dell’elio. Per il Sole: $Z_\odot \approx 0{,}014$ (AAGS21).

Mixing-length theory (MLT). Teoria fenomenologica di trasporto convettivo in stelle, parametrizzata dalla lunghezza di mescolamento $\ell_{\mathrm{MLT}} = \alpha_{\mathrm{MLT}} H_P$ con $\alpha_{\mathrm{MLT}} \sim 1{,}5$-$2{,}0$.

N

NACRE (Nuclear Astrophysics Compilation of REaction rates). Compilazione di ratei di reazione termonucleare a temperature astrofisiche. Versione corrente: NACRE-II.

NanoSIMS. Mass spectrometer ad alta risoluzione laterale ($< 50$ nm) per analisi isotopica di singoli grani presolari (capitolo 4).

NICER (Neutron star Interior Composition Explorer). Strumento X-ray sulla ISS, vincola raggi di NS via spettroscopia X delle pulsar (capitolo 6).

NLTE (Non-Local Thermodynamic Equilibrium). Trattamento di trasferimento radiativo in cui le popolazioni atomiche non sono in equilibrio termico locale. Essenziale per analisi di abbondanze fotosferiche di precisione (capitolo 7).

NNDC (National Nuclear Data Center). Centro dati nucleari a Brookhaven National Laboratory (nndc.bnl.gov).

NSE (Nuclear Statistical Equilibrium). Regime di equilibrio statistico fra tutte le reazioni nucleari, attivo a $T > 5 \times 10^{9}$ K. La composizione è determinata unicamente da $T$, $\rho$, $Y_e$ (capitoli 2 e 3).

NSM (Neutron Star Merger). Fusione di stelle di neutroni binarie. Sito r-process confermato (capitolo 6).

$\nu$-process. Processo di nucleosintesi tramite spallazione neutrinica di nuclei abbondanti durante SN core-collapse. Contribuisce a $^{7}\mathrm{Li}$, $^{11}\mathrm{B}$, $^{138}\mathrm{La}$, $^{180}\mathrm{Ta}$ (capitoli 2 e 5).

$\nu$-p process. Processo di cattura protonica accelerato da $\bar\nu_e$ in venti driven dai neutrini di SN core-collapse, in regime $Y_e \sim 0{,}55$-$0{,}6$. Contribuisce alla produzione di Mo e Ru leggeri (capitolo 5).

O

Overshoot (convettivo). Penetrazione inerziale di eddy convettivi oltre la frontiera di stabilità formale. Parametrizzato come $\alpha_{\mathrm{ov}} \sim 0{,}1$-$0{,}3\,H_P$ o come profilo esponenziale di Herwig (capitolo 3).

P

$p$-nuclei. Nuclidi stabili al di sopra della linea di stabilità $\beta$ ma sotto il drip-line protonico, non raggiunti né da s né da r. Esempi: $^{92,94}\mathrm{Mo}$, $^{96,98}\mathrm{Ru}$, $^{144}\mathrm{Sm}$ (capitolo 5).

PISN (Pair-Instability Supernova). Esplosione di stella molto massiccia ($140 < M < 260\,M_\odot$) innescata da instabilità di produzione $e^{\pm}$ pairs in O-core. Yield distintivi (no Fe-peak heavy, $[\mathrm{Cr/Mn}]$ alto, capitolo 7).

PNS (Proto-Neutron Star). Stella di neutroni nascente di $\sim 1{,}5\,M_\odot$ formata dopo il bounce di SN core-collapse, raffreddamento neutrinico intenso (capitolo 5).

Pocket ($^{13}\mathrm{C}$). Sottile regione dell’intershell AGB in cui mescolamento di H produce $^{13}\mathrm{C}$ via $^{12}\mathrm{C}(p,\gamma)^{13}\mathrm{N}(\beta^{+}\nu)^{13}\mathrm{C}$. Sorgente neutroni del processo s main component via $^{13}\mathrm{C}(\alpha,n)^{16}\mathrm{O}$ (capitolo 4).

Pop III (Population III). Prime stelle dell’universo, formate da gas primordiale H+He+tracce Li senza metalli. Massa caratteristica $10$-$300\,M_\odot$ predetta. Mai osservate direttamente (capitoli 7 e 8).

pp-chain. Catena di reazioni protoniche che fonde 4 H in 1 $^{4}\mathrm{He}$. Dominante in stelle MS con $M < 1{,}3\,M_\odot$. Sottocatene pp-I, pp-II, pp-III (capitolo 3).

Q

QSE (Quasi-Statistical Equilibrium). Regime in cui sottogruppi di reazioni sono in equilibrio mentre altri sono fuori equilibrio. Attivo durante O-burning, Si-burning, gamma-process (capitoli 3 e 5).

R

r-process (rapid neutron capture). Processo di cattura neutronica con $\tau_n \ll \tau_\beta$, $n_n \sim 10^{20}$-$10^{25}$ cm$^{-3}$, cammino fino al drip-line neutronico. Sito principale: NSM (capitolo 6).

RIB (Radioactive Ion Beam). Facility che produce e accelera nuclei radioattivi per studio in laboratorio. Esempi: FRIB, FAIR, RIBF, GANIL.

RIMS (Resonance Ionization Mass Spectrometry). Tecnica di mass spectrometry con ionizzazione laser risonante per analisi di elementi traccia in grani presolari (capitolo 4).

rp-process (rapid proton capture). Processo di cattura protonica esplosivo in superficie di stelle di neutroni accrescenti. Cammino lungo drip-line protonico, fino a $A \sim 100$ con SnSbTe cycle. Sito: X-ray burst Tipo I (capitolo 5).

S

s-process (slow neutron capture). Processo di cattura neutronica con $\tau_n \gg \tau_\beta$, $n_n \sim 10^{7}$-$10^{11}$ cm$^{-3}$, cammino vicino alla valle di stabilità. Componenti: weak (stelle massicce), main (AGB), strong (AGB metal-poor) (capitolo 4).

SAGB (Super-AGB). Stelle di massa $7$-$10\,M_\odot$ che accendono C-burning ma non Ne-burning, finiscono come nane bianche ONeMg o ECSN (capitolo 3 e capitolo 4).

SASI (Standing Accretion Shock Instability). Instabilità dinamica dello shock stazionario in SN core-collapse, cruciale per riavvio dell’esplosione via meccanismo neutrinico (capitolo 5).

Schwarzschild criterion. Criterio di stabilità convettiva basato solo sul gradiente termico: $\nabla_{\mathrm{rad}} > \nabla_{\mathrm{ad}}$. Non include composizione (vedi Ledoux) (capitolo 3).

SD (Single Degenerate). Scenario SN Ia con accrescimento di materia da compagna evoluta su nana bianca CO che cresce verso $M_{\mathrm{Ch}}$ (capitolo 5).

SFR (Star Formation Rate). Tasso di formazione stellare per unità di massa o area (capitolo 7).

Spite plateau. Valore osservato di $A(\mathrm{Li}) \approx 2{,}2$ in stelle Pop II calde indipendentemente da $[\mathrm{Fe/H}]$. Cuore del problema del litio cosmologico (capitolo 2 e capitolo 8).

SSM (Standard Solar Model). Modello standard del Sole, integrato sui $4{,}567$ Gyr di evoluzione con parametri vincolati osservativamente (capitolo 7).

Superwind. Fase finale di mass loss AGB con $\dot M \sim 10^{-4}\,M_\odot/\mathrm{yr}$, espelle $50$-$90\%$ della massa stellare iniziale in $10^{4}$-$10^{5}$ anni (capitolo 4).

T

TDU (Third Dredge-Up). Episodio di mescolamento convettivo in TP-AGB durante power-down post-flash, porta in superficie $^{12}\mathrm{C}$ e prodotti s dell’intershell (capitolo 4).

TP-AGB (Thermally Pulsing AGB). Fase tardiva dell’AGB con shell di He instabile e pulsi termici periodici. Durata $10^{5}$-$10^{6}$ anni (capitolo 4).

U

UMP (Ultra Metal-Poor). Stella con $[\mathrm{Fe/H}] < -4$.

Universalità del pattern r. Osservazione che la curva di abbondanze r-process per $Z = 56$-$80$ nelle stelle r-II è scalabile a quella solare entro $\pm 0{,}1$ dex, indipendentemente da metallicità e ambiente. Origine plausibile: fission cycling (capitolo 6).

V

Valle di stabilità ($\beta$). Regione della carta dei nuclidi popolata da nuclei stabili o quasi-stabili. Per nuclei pesanti curva verso $N > Z$ a causa della repulsione coulombiana (vedi appendice A).

W

Waiting point. Nuclide lungo un cammino di nucleosintesi neutronica (r) o protonica (rp) in cui la cattura successiva è bloccata e si stabilisce equilibrio con il decadimento $\beta$. Determina la durata del cammino in quella regione (capitolo 6 e capitolo 5).

Weak r-process. Componente del processo r responsabile della produzione del primo picco r a $A \approx 80$, attivo in disk wind di NSM con $Y_e \sim 0{,}3$-$0{,}4$ e in $\nu$-driven wind di SN core-collapse.

WR (Wolf-Rayet). Stelle massicce in fase avanzata che hanno perso l’involucro di H per mass loss radiativa, mostrando linee di emissione di He, N o C nello spettro. Sottotipi WN, WC, WO (capitolo 5 e capitolo 3).

X

XRB (X-Ray Burst). Esplosione termonucleare di Tipo I sulla superficie di NS accreciscente in sistema LMXB. Sito del rp-process (capitolo 5).

Y

$Y_e$ (frazione protonica). Numero di protoni per nucleone, $Y_e = n_p/(n_p + n_n)$. Per gas neutro standard $Y_e = 0{,}5$; in dynamical ejecta NSM $Y_e \sim 0{,}05$-$0{,}15$, regime r-process strong (capitolo 6).

Yield. Massa di un dato elemento o isotopo prodotta e espulsa nell’ISM da un singolo evento stellare (SN, NSM, nova, AGB). Input fondamentale dei modelli GCE (capitolo 7).

Z

Z. Numero atomico (numero di protoni di un nucleo). Anche frazione in massa di metalli ($Z = \sum_{i > 2} X_i$) — distinguibile dal contesto.

$Z_\odot$. Metallicità solare. Valore moderno (AAGS21): $0{,}0139$.