驴De d贸nde sale el oro?

Las colisiones de estrellas de neutrones no crean la cantidad de elementos qu铆micos previamente asumidos, seg煤n un nuevo an谩lisis de la evoluci贸n de las galaxias.

La investigaci贸n tambi茅n revela que los modelos actuales no pueden explicar la cantidad de oro en el cosmos, creando un misterio astron贸mico.

El trabajo ha producido una Tabla Peri贸dica de nuevo cu帽o, que muestra los or铆genes estelares de los elementos que ocurren de forma natural, desde el carbono hasta el uranio.

Todo el hidr贸geno en el Universo, incluyendo cada mol茅cula en la Tierra, fue creado por el Big Bang, que tambi茅n produjo mucho helio y litio, pero no mucho m谩s.

El resto de los elementos que se producen de manera natural est谩n hechos por diferentes procesos nucleares que ocurren dentro de las estrellas. La masa gobierna exactamente qu茅 elementos son forjados, pero todos son liberados en las galaxias en los momentos finales de cada estrella, de forma explosiva en el caso de las realmente grandes, o como densos flujos de salida, similares al viento solar, para las de la misma clase que el Sol.

“Podemos pensar en las estrellas como ollas a presi贸n gigantes donde se crean nuevos elementos”, explic贸 el coautor, el Profesor Asociado Karakas, del Centro de Excelencia ARC de Australia para toda la Astrof铆sica del Cielo en 3 Dimensiones (ASTRO 3D). “Las reacciones que producen estos elementos tambi茅n proporcionan la energ铆a que mantiene a las estrellas brillando durante miles de millones de a帽os. A medida que las estrellas envejecen, producen elementos cada vez m谩s pesados al calentarse su interior”.

La mitad de los elementos que son m谩s pesados que el hierro, como el torio y el uranio, se cre铆a que se produc铆an cuando las estrellas de neutrones, los superdensos restos de soles quemados, chocaban entre s铆. Teorizadas durante mucho tiempo, las colisiones de estrellas de neutrones no se confirmaron hasta el 2017.

Ahora, sin embargo, un nuevo an谩lisis de Karakas y sus colegas astr贸nomos Chiaki Kobayashi y Maria Lugaro revela que el papel de las estrellas de neutrones puede haber sido considerablemente sobreestimado, y que otro proceso estelar ser铆a el responsable de la mayor铆a de los elementos pesados.

“Las fusiones de estrellas de neutrones no produjeron suficientes elementos pesados en los inicios de la vida del Universo, y todav铆a no lo hacen ahora, 14.000 millones de a帽os despu茅s”, dijo Karakas. “El Universo no los hizo lo suficientemente r谩pido como para explicar su presencia en estrellas muy antiguas, y, en general, no hay suficientes colisiones para explicar la abundancia de estos elementos hoy en d铆a”.

En su lugar, los investigadores encontraron que los elementos pesados necesitaban ser creados por un tipo completamente diferente de fen贸meno estelar, supernovas inusuales que colapsan mientras giran muy r谩pido y generan fuertes campos magn茅ticos.

El hallazgo es uno de los varios que surgen de la investigaci贸n, que acaba de ser publicada en la revista Astrophysical Journal. Su estudio es la primera vez que se han calculado los or铆genes estelares de todos los elementos naturales, desde el carbono hasta el uranio, a partir de los primeros principios.

El nuevo modelo, dicen los investigadores, cambiar谩 sustancialmente el modelo actualmente aceptado de c贸mo evolucion贸 el universo. “Por ejemplo, construimos este nuevo modelo para explicar todos los elementos a la vez, y encontramos suficiente plata pero no suficiente oro”, dijo el coautor, el Profesor Asociado Kobayashi, de la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido. “La plata est谩 sobreproducida mientras que el oro est谩 subproducido en el modelo en comparaci贸n con las observaciones. Esto significa que podr铆amos necesitar identificar un nuevo tipo de explosi贸n estelar o reacci贸n nuclear”.

El estudio refina estudios anteriores que calculan los papeles relativos de la masa, edad y disposici贸n de las estrellas en la producci贸n de elementos.

Por ejemplo, los investigadores establecieron que las estrellas m谩s peque帽as de unas ocho veces la masa del Sol producen carbono, nitr贸geno y fl煤or, as铆 como la mitad de todos los elementos m谩s pesados que el hierro.

Las estrellas masivas de m谩s de unas ocho veces la masa del Sol que tambi茅n explotan como supernovas al final de sus vidas, producen muchos de los elementos desde el carbono hasta el hierro, incluyendo la mayor parte del ox铆geno y el calcio necesarios para la vida.

“Aparte del hidr贸geno, no hay un solo elemento que pueda ser formado solo por un tipo de estrella”, explic贸 Kobayashi. “La mitad del carbono se produce a partir de estrellas moribundas de baja masa, pero la otra mitad proviene de las supernovas. Y la mitad del hierro proviene de supernovas normales de estrellas masivas, pero la otra mitad necesita otra forma, conocida como supernovas de Tipo Ia. Se producen en sistemas binarios de estrellas de baja masa”.

Las parejas de estrellas masivas unidas por la gravedad, en cambio, pueden transformarse en estrellas de neutrones. Cuando estas chocan entre s铆, el impacto produce algunos de los elementos m谩s pesados que se encuentran en la naturaleza, incluyendo el oro.

En el nuevo modelo, sin embargo, los n煤meros simplemente no cuadran.

“Incluso las estimaciones m谩s optimistas de la frecuencia de colisi贸n de las estrellas de neutrones simplemente no pueden explicar la gran abundancia de estos elementos en el Universo”, dijo Karakas. “Esto fue una sorpresa. Parece que las supernovas giratorias con fuertes campos magn茅ticos son la verdadera fuente de la mayor铆a de estos elementos”.

La coautora, la Dra. Maria Lugaro, que ocupa cargos en el Observatorio Konkoly de Hungr铆a y en la Universidad Monash de Australia, cree que el misterio del oro que falta puede resolverse muy pronto.

“Se esperan nuevos descubrimientos de instalaciones nucleares en todo el mundo, incluyendo Europa, los Estados Unidos y Jap贸n, que actualmente apuntan a n煤cleos raros asociados con fusiones de estrellas de neutrones”, dijo. “Se desconocen las propiedades de estos n煤cleos, pero controlan en gran medida la producci贸n de las abundancias de elementos pesados. El problema astrof铆sico del oro que falta puede ser resuelto por un experimento de f铆sica nuclear”.

Los investigadores admiten que las futuras investigaciones podr铆an descubrir que las colisiones de estrellas de neutrones son m谩s frecuentes de lo que las pruebas hasta ahora sugieren, en cuyo caso su contribuci贸n a los elementos que componen todo, desde las pantallas de los tel茅fonos m贸viles hasta el combustible para los reactores nucleares, podr铆a revisarse al alza nuevamente. (Fuente: NCYT Amazings)