NeoFronteras

Sobre el origen de los elementos pesados

Área: Espacio — sábado, 10 de septiembre de 2011

Un modelo propone que el origen de los elementos más pesados que el hierro no se da en las explosiones de supernova, sino en procesos en los que están involucradas las estrellas de neutrones.

Foto

Somos cenizas de estrellas. Muchos de los átomos que componen nuestros cuerpos estuvieron alguna vez en el interior de alguna estrella en donde las reacciones de fusión nucleares los sintetizaron. Una vez esos cuerpos estelares murieron los elementos que los componían fueron diseminados por el espacio. Parte de esa materia fue a parar a otros discos de acreción que formaron nuevas estrellas, planetas e incluso seres vivos.
El Big Bang sólo produjo hidrógeno, helio y pequeñas trazas de elementos ligeros, como el litio de nuestras baterías. Son los elementos primordiales. Las reacciones de fusión de las estrellas pueden sintetizar el resto de los elementos de la tabla periódica, pero no los de número atómico más elevado. El elemento de corte se suele colocar en el hierro, aunque esta frontera es un tanto difusa. La razón es que las reacciones de fusión para producir esos elementos más pesados no producen energía, sino que la consumen. De hecho, la mejor manera de crear esos elementos pesados es por captura de neutrones.
El caso es que, hasta ahora, se decía que esos elementos pesados, como el oro cuyo brillo tanto nos ciega, el uranio de nuestros reactores o el platino que cataliza tanta química moderna, procedían de las propias explosiones de supernovas. Todos hemos repetido esta popular hipótesis una y otra vez, pero no hay pruebas que la avalen. De hecho, las simulaciones de modelos de explosiones de supernova no confirman dicha síntesis.
Ahora, una nueva teoría, coloca el origen de estos elementos en las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es el residuo que dejan algunas estrellas de gran masa una vez explotan en forma de supernova. Unas simulaciones numéricas realizadas por científicos del Max Planck han verificado que la materia eyectada en procesos en los que están involucrados estos cuerpos producen las colisiones nucleares violentas necesarias como para producir núcleos pesados y generar los elementos más pesados que el hierro.
La captura de neutrones puede darse en dos tipos de procesos el “s” y el “r”. El primero se debe a neutrones lentos y se da en el interior de las estrellas en donde la densidad de neutrones es baja. El segundo usa neutrones rápidos y requiere altas densidades de neutrones. Es precisamente este proceso “r” el que permitiría la síntesis de elementos más pesados que el hierro, pero en dónde se daba ese tipo de proceso era la pregunta que no estaba contestada. Según Hans-Thomas Janka la fuente de la mitad de los elementos era un misterio hasta ahora.
El nuevo escenario que se propone es que cuando dos estrellas de neutrones forman un sistema binario terminan colisionando al cabo de unos millones de años. Los astrofísicos estiman que en nuestra Vía Láctea se da una colisión de dos estrellas de neutrones cada 100.000 años.
Las simulaciones realizadas por estos investigadores involucran tanto las propias estrellas como el material que las rodea durante y justo después de la colisión. Según sus resultados las colisiones nucleares relativistas que se dan durante ese tipo de eventos permiten la síntesis de 5000 tipos diferentes de núcleos (contando isótopos) que finalmente decaen hasta núcleos estables.
Cuando este tipo de estrellas colisionan, las fuerzas de marea y de presión producen chorros de materia extremadamente caliente con una masa superior en varias veces a la masa de Júpiter. Es durante el enfriamiento de este plasma cuando se produce la mencionada síntesis nuclear de elementos pesados. Estos elementos son reciclados en cadenas nucleares que involucran también fisión de núcleos superpesados y que finalmente dan lugar a los elementos pesados que podemos observar. Además, el resultado es prácticamente insensible a las condiciones iniciales.
Al parecer este escenario permite explicar de una forma natural la misma distribución de elementos observada tanto en estrellas viejas como en nuestro propio sistema solar.
Estos investigadores planean ahora mejorar las predicciones de este modelo mediante el refinamiento de las simulaciones numéricas y así seguir el proceso con mayor detalle.
Por otro lado, se puede intentar realizar observaciones astronómicas que detecten fuentes de luz asociadas con la eyección de materia por parte de estrellas de neutrones en colisión. Debe de producirse un calentamiento del material producido mediante este mecanismo cuando los elementos decaen en núcleos más ligeros. Dicho calentamiento produciría un destello luminoso, que duraría unos días, comparable al brillo producido por la explosión de una supernova. Dicha detección confirmaría esta nueva teoría.

También estos días se ha publicado un trabajo sobre el origen del oro y los elementos pesados en la corteza terrestre. Dicha presencia es difícil de explicar si estaban ahí desde un principio, pues durante las primeras fases de formación planetaria los elementos más pesados tenderían a caer hacia el núcleo de una Tierra fundida.
Según una nueva idea los elementos más pesados de la corteza fueron sembrados después, durante el bombardeo de meteoritos que sufrió nuestro planeta y una vez éste presentaba un aspecto más sólido.
La teoría está apoyada por un estudio isotópico que permite fechar el momento en el que ciertas muestras de oro y wolframio fueron depositadas en lo que hoy es Groenlandia.
Así que, según diversas teorías, los meteoritos serían responsables de la vida, del agua y del oro sobre la Tierra.

Mucho tiempo después los humanos conquistaron América o viajaron como locos a California o a Alaska, presas de una fiebre sin control. Iban en busca de ese oro que tantas peripecias espaciales ha sufrido. Pero esa es otra historia. Es preferible pensar en los elementos más ligeros que forman su cuerpo, amigo lector, y meditar sobre que una vez formaron parte de un dinosaurio jurásico o un trilobites cámbrico. Nos adornamos con oro pero nuestros cuerpos pueden prescindir de él.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3590

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Nota de prensa.
Artículo original.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
Compartir »

10 Comentarios

  1. JavierL:

    Excelente articulo,

    Que el resultado sea prácticamente insensible a las condiciones iniciales habla muy bien de esta teoría, y que haya una forma probar con observaciones lo hace aun mas, a mi ya me parecía raro que los elementos pesados se formaran en un instante durante las explosiones de supernovas, claro que al no estar probado nada hay que seguir haciendo observaciones e indagando, pero me agrada mucho esta teoría.

    Por otro lado, quiero darle la bienvenida de su vacaciones estimado neo, ya estaba extrañando leer nuevos artículos con la calidad que solo esta pagina puede ofrecer, muchas gracias por el trabajo que realiza en esta pagina.

    Desde Venezuela lo sigo siempre, separados por un océano pero unidos por historia, lenguaje y curiosidad científica.

  2. el loko:

    buen articulo.

  3. Miguel Angel:

    Muchas gracias a Neo por lo que he aprendido y sobretodo por lo que he desaprendido con esta noticia.

    Al hilo me gustaría denunciar la falta de rigor ciéntifico y aún de algo mas básico como es la seriedad: he visto varios programas de divulgación científica que se suponían serios y fiables en los que se hacían recreaciones de los estallidos de supernova y la metalización del Universo. Y a todo color. Creo que no cuesta tanto decir “se cree que los metales pesados se forman en los estallidos de supernovas” o “la teoría mas aceptada es…”. En fin, vuelvo a dar las gracias a Neo por arrojar luz y no vender humo.

    Y efectivamente, una tema muy interesante para reflexionar es la trasmigración de la materia, de los átomos de los que estamos compuestos, todo un viaje, una odisea.

  4. NeoFronteras:

    Estimado Miguel Ángel:
    Gracias por su comentario. En cuanto a lo que dice sólo hay que recordar que en ciencia no hay verdades absolutas y que todas son provisionales hasta que se encuentra una explicación mejor. En este caso la teoría de las supernovas era la más aceptada y parecía explicar el origen de los elementos pesados. Constará hacerla desaparecer de los libros de texto.

  5. Patricio López:

    Interesantísimo artículo. Era casi una verdad absoluta lo de las supernovas y los materiales pesados, pues la verdad por el tema de la ineficiencia energética de la síntesis de materiales más pesado sonaba bastante razonable.
    En todo caso, sería interesante el poder contrastar un modelo probabilístico de que tan frecuente sea el evento de una colisión de estrellas de neutrones con la cantidad de materiales pesados presentes en el Universo.

  6. tomás:

    ¡Esclarecedor artículo! Gracias, estimado Neo.

  7. tomás:

    Estimado Neo:
    He meditado sobre esto y creo que, al igual que algunos meteoritos hubieron de aportar elementos de mayor masa atómica que el hierro en épocas que ya no permitían su hundimiento, también pudieron ser traídos cuando la Tierra comenzaba y cuando era mucho más líquida merced a su alta temperatura por las colisiones. Eso daría posibilidades a la existencia de un núcleo capaz de generar una fisión nuclear, cosa que a mí me parece muy posible, pero que habrá que investigar si existe o no.
    Un cordial saludo.

  8. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Se supone que el motor que mueve en última instancia la tectónica terrestre es la desintegración de elementos radiactivos.
    En cuanto a la fisión, hace 1700 millones de años el reactor nuclear natural de Oklo (en lo que es hoy Gabón) entró en criticidad y produjo reacciones de fisión durante unos cuantos cientos de miles de años con una potencia de 100 kW en promedio. En ese “reactor”, y de manera natural, se consiguió enriquecer uranio gracias a corrientes de agua subterránea.

  9. tomás:

    Estimado Neo:
    Sí, pero no se trata de suponer. Yo quisiera poder leer algo sobre alguna prueba lo más segura posible, aunque, como es casi obligado, fuese indirecta. Lo de Oklo, la incorporación de sus materiales a la corteza terrestre, hubo de ser muy posterior, aunque muy útil para darnos pie a una hipótesis sobre sucesos anteriores, cuando el hundimiento de lo más denso era inevitable.
    Por otra parte pudo darse en una época en que las condiciones obligasen a estos materiales radiactivos a ubicarse no exactamente en el centro de la Tierra.
    Un cordial saludo.

    Un muy cordial saludo.

  10. NeoFronteras:

    El uranio (o similar) es muy poco abundante en el Universo. Además, si cae al núcleo terrestre no tiene por qué concentrase en el mismo centro. La densidad de un material no tiene que ser un reflejo de su masa atómica y además puede formar compuestos “ligeros” con otros elementos. Es muy difícil que alcanzase la masa crítica en el núcleo terrestre.

    En el tipo de estudios reflejado en el post se asume que “más pesados” significa que tienen “mayor número atómico”.

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.