NeoFronteras

Confirman el origen de los elementos pesados

Área: Espacio,Física — lunes, 22 de julio de 2013

Logran confirmar que el origen de los elementos pesados está en la colisión de estrellas de neutrones.

Foto
Concepción artística de la colisión de estrellas de neutrones. Fuente: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc..

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 necesarios para la vida, pero no los de número atómico más elevado, a los que llamaremos elementos “pesados”. 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.
Hasta hace no tanto se decía que esos elementos pesados, como el oro de nuestras joyas, el uranio de nuestros reactores o el platino que cataliza tanta química moderna, procedían de las propias explosiones de supernovas, una vez que la estrella ya no puede mantener más reacciones de fusión. Las simulaciones de modelos de explosiones de supernova no confirman dicha síntesis.
Hace tres años se publicaba en NeoFronteras una noticia sobre un estudio en el que se proponía que los elementos pesados se sintetizaban en colisiones entre estrellas de neutrones. El estudio era teórico, pero predecía bastante bien la síntesis de estos elementos a través del proceso “r” de captura de neutrones rápidos.
Lo bonito de la ciencia es que nos proporciona un método objetivo para rechazar las hipótesis o teorías. No importa lo bonita que sea, lo aceptada que esté en la comunidad o lo famosos o importantes que sean los gurús que mantienen una teoría, si el experimento falsa dicha teoría entonces esa teoría va a la basura.
La observación de estallidos de rayos gamma ha permitido comprobar que, efectivamente, en las colisiones de estrellas de neutrones se generan elementos pesados. Así, los investigadores que han hecho el descubrimiento estiman que la cantidad de oro eyectado por la colisión de dos estrellas de neutrones es de 10 masas lunares.
Estos estallidos se generan cuando chocan las estrellas de neutrones, que es el objeto que a veces queda tras una explosión supernova. Estos estallidos son las explosiones electromagnéticas más brillantes del Universo, tanto que se han detectado procedentes de los lugares más alejados del universo visible.
Los astrofísicos estiman que en nuestra Vía Láctea se da una colisión de dos estrellas de neutrones cada 100.000 años, así que todos los eventos de este tipo que se registran no proceden de la Vía Láctea y tienen una distribución aleatoria en el cielo.
Edo Berger, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) y sus colaboradores estudiaron el estallido GRB 130603B que se dio a 3900 millones de años luz de nosotros, que fue uno de los estallidos más cercanos registrados. Fue registrado el pasado 3 de junio por el satélite Swift de la NASA y duró 0,2 segundos.
Aunque estos estallidos duran muy poco tiempo, se puede estudiar el remanente infrarrojo que viene después si los astrónomos se dan prisa en apuntar sus telescopios a ese lugar del cielo. El análisis de esa luz remanente reveló que no procedía de los sistemas de generación tradicionales, sino que estaba alimentado precisamente por el decaimiento radiactivo de los elementos sintetizados durante la colisión. Esto supone una corroboración de la nueva teoría que explica el origen de los elementos pesados.
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 la fisión de núcleos superpesados y que finalmente dan lugar a los elementos pesados estables que podemos observar, por ejemplo en la corteza terrestre. El resultado es prácticamente insensible a las condiciones iniciales.
Los investigadores implicados calculan que cerca de una centésima de masa solar fue eyectada en la colisión que produjo GRB 130603B. Parte de ese material estaría constituido por elementos pesados, entre ellos el oro. Si se estima la cantidad de oro producida en una estas colisiones y el número de colisiones de este tipo que han tenido lugar hasta ahora, se puede afirmar sólo son necesarias este tipo de colisiones para explicar la cantidad de oro que hay en todo el Universo.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4168

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Vídeo (mov).
Artículo original.
Sobre el origen de los elementos pesados.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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18 Comentarios

  1. Nemo:

    Siempre me han fascinado las condiciones extremas de las estrellas de neutrones. Una colisión de dos de ellas debe ser un espectáculo impresionamte, por la cantidad de energía implicada y su concentración en el tiempo (dada la densidad y cohesión gravitatoria de cada estrella). Supongo que debe haber una fase previa de rotación ultra rápida alrededor del centro de masas común. ¿Se ha detectado algún pulsar que se sospeche responde a este modelo binario? Quizás, frente al modelo unitario de pulsos simples, el binario produzca ciclos de pulsos con fases de intensidad variable, o frecuencias alteradas por efecto Doppler.

    Supongo que la radiación emitida por la colisión debe freir una buena porción de espacio; no parece bueno estar cerca, aunque el campo magnético debe concentrar la mayor parte en ciertos conos estrechos.

  2. thetimethespaceandandtheman::

    “Supongo que debe haber una fase previa de rotación ultra rápida alrededor del centro de masas común. ¿Se ha detectado algún pulsar que se sospeche responde a este modelo binario?”

    Bien, Nemo, dao el modelo de generacion de pulsos de radiacion E.M. de una estrella de neutrones (Radiacion sincrotron pulsada en A.M. por giro del eje magnetico no alineado con el eje de giro), si tenemos dos fuentes, girando una al lado de la otra, pero cada una, con su propio giro (Su propio periodo de giro sobre su eje), supono que con el tiempo, ambos giros se ‘acoplarian’ debido a los intensos campos magenticos, como dos osciladores acoplados.

    Lleva su tiempo, pero se acoplan en fase (Minima energia de interaccion).

    A partir de ahi, tendriamos una señal que consistiria en dos trenes de igual frecuencia, pero distinta amplitud, uno, desplazado en fase respecto al otro.

    Por ejemplo, un cronograma de amplitudes (MAs exactamente, densidad espectral de potencia a cierta frecuencia, Watts/Hertz), seria:

    ….20..14….20..14….20..14….20..14….20..

    No como un simple pulsar, un único tren de pulsos todos de igual amplitud, separados todos igual entre uno y otro.

    ….20……..20……..20……..20……..20..

    Eso si, como no hayan llegado al acoplamiento ambos pulsares, solo el hecho de proceder de igual zona en el espacio seria la ‘huella’.

    Por cierto, se sabe que ha habido emisiones de radio, que no se ha podido establecer fuente fisica alguna para ellas. Tiempo al tiempo.

    J.

  3. thetimethespaceandandtheman::

    se me olvidaba, hay otra ‘huella’ de que proceden del mismo lugar del espacio ambas señales.

    La dispersion de fase cromatica.

    Los pulsos no son de una sola frecuencia, son bandas de radiacion con un cierto ancho de banda.

    Pues bien, viendo a distintas frecuencias de ese ‘ancho de banda’, vemos que los ‘pulsos a f(i)’, llegan retardados unos frente a otros.

    Ese retardo es debido a la distinta fase que introduce el paso por las nubes galacticas, para cada frecuencia de la banda de emision, el ‘cuadripolo lineal’ que hay entre el emisor, y nuestra receptor.

    Ese retardo, es propio del trayecto, no creo que haya iguales nubes entre distintos puntos y nosotros.

    Viendo esa ‘dispersion’ cromática en mabos trenes (..20……20…..20…..20 , ..14…..14…..14…..14…), deberian ser iguales en nuestro receptor si proceden de igual lugar del espacio.

    Seria otra ‘huella’ de ser un sistema binario de estrellas de neutrones, y aqui no es preciso que esten acopladas ambas fuentes.

    La verdad es que tenemos muchos medios hoy dia para cazar lo que hay ahí fuera.

    Saludos.

  4. Nemo:

    Muchas gracias, thetimethespaceandandtheman. Excelente explicación.

  5. NeoFronteras:

    Se ha detectado la reducción de velocidad de ciertos púlsares debido a la presencia de otros cuerpos orbitales. Pero no toda estrella de neutrones es detectable como púlsar. Depende de si el haz de ondas de radio apunta en algún momento hacia nosotros.
    Dos estrellas de neutrones de un sistema binario orbitan cada vez más cerca hasta que chocan, pero se tarda mucho tiempo en ello (es rápido justo antes del choque). Tampoco es fácil tener un sistema binario de estrellas de neutrones.
    Por eso en la Vía Láctea sólo se produce un choque de este tipo cada 100.000 años. Esto es algo frecuente a escala cósmica, pero es inobservable a la escala humana.
    Por tanto para ver etapas inmediatamente previas habría que hacerlo en otras galaxias y la tecnología actual no nos lo permite.

  6. Nemo:

    Si hay un choque cada 100.000 años y la vida media de un sistema es igual o mayor quizá tengamos alguno en la galaxia.
    Si sólo una de las estrellas nos barre con su radiación, ¿es posible sospechar que está en un sistema binario y no sola? Yo espero que, si el plano orbital del sistema binario se aleja del perpendicular a la línea de observación y el púlsar se desplaza a gran velocidad, sí se podrían detectar variaciones cíclicas de la pulsación (amplitud o frecuencia de la radiación) a lo largo de su “año”. Tal como se han detectado las variaciones de periodo que cita Neo y otras autónomas recurrentes por interacciones entre corteza y capas internas que se acoplan y desacoplan sucesivamente.

  7. NeoFronteras:

    En la Vía Láctea hay un choque de esos cada 100.000 años, así que por definición no lo podemos observar en nuestra galaxia, salvo inmenso golpe de suerte (o muy malo si se da cerca del Sistema Solar).

  8. Pocosé:

    “En la Vía Láctea hay un choque de esos cada 100.000 años, así que por definición no lo podemos observar en nuestra galaxia, salvo inmenso golpe de suerte (o muy malo si se da cerca del Sistema Solar).”
    Pues uno no tan malo debió de darse por aquí cerca. De otra manera, ¿como hubiésemos disfrutado de agua corriente en la casa del pueblo, mis abuelos, mis padres, yo, mis hijos y hasta mis nietos, sin la cañerías de plomo que ya aguantan casi cien años?
    Saludos.

  9. NeoFronteras:

    Estimado Pocosé:
    Cambie esas tuberías de plomo, pues es un metal tóxico. Su uso para el desagüe tiene un pase, pero beber de agua procedente de tuberías de plomo es muy dañino.

    Los metales pesados, salvo los nobles, son perjudiciales para la vida animal.

    Por lo demás la Vía Láctea es un revoltijo que gira relativamente rápido, por lo que la nebulosa que dio origen al Sistema Solar puedo proceder de cualquier sitio hace más de 5000 millones de años.

  10. Pocosé:

    Gracias amigo Neo por el consejo
    Ya hace tiempo que allí el agua no la bebemos del grifo, ademas del plomo es bastante dura.

    Lo que me parece casi poético y realmente extraordinario, es que dos de las estrellas mas jóvenes de nuestra galaxia, tuvieran que nacer, crecer y morir fundidas en un cálidísimo abrazo, para que hoy nosotros podamos disfrutar y padecer, las evidencias de su amor suicida.
    Cualquier asomo de intencionalidad, mera licencia literaria.
    Un fresco abrazo.

  11. Miguel Angel:

    Querido Neo:

    Le ruego un poco de ayuda porque acabo de revisar los metales nobles en Wikipedia y mi sorpresa ha sido mayúscula al ver que en la tabla periódica adyacente aparecen señalados nada menos que 17 elementos, incluyendo cinco “tierras raras” y elementos tan reactivos como el hierro.
    http://es.wikipedia.org/wiki/Metal_noble
    Aprovechando que mi padre es químico (trabajó de profesor de enseñanza secundaria hasta su jubilación) y que estoy pasando unos días en su casa, le he enseñado la gráfica y también se ha quedado perplejo.

    Por otra parte, sería bueno matizar la frase de su 9: “Los metales pesados, excepto los nobles, son perjudiciales para la vida animal”. En realidad, los metales nobles no están exentos de toxicidad, si bien es cierto que en el caso del cobre o de la plata se necesitan dosis altas para que dicha toxicidad se ponga de manifiesto, al menos en nuestra especie.

    Aún sorprendido y esperando su respuesta si lo estima oportuno, le mandó un fuerte abrazo.

  12. NeoFronteras:

    El término “metal pesado” es un tanto vago. No suele incluirse el hierro, por ejemplo, entre ellos. Y sí, a altas dosis casi cualquier cosa es perjudicial, pero lo importante es que hay algunos (mercurio, plomo, cadmio, etc) que a muy bajas dosis ya presentan toxicidad.

  13. Miguel Ángel:

    Querido Neo:

    Supongo que ha querido decir “metal noble” en vez de “metal pesado” en el segundo párrafo.
    En cuanto a la toxicidad, es cierto, se necesitan varios gramos para intoxicarse por los dos que he señalado (aunque la plata y el cobre se suelen considerar como seminobles) a diferencia de los metales que usted señala que son tóxicos a dosis muy pequeñas. Si hablamos del oro, algunos efectos de su toxicidad como la dermatitis, pueden aparecer ya a dosis terapeúticas, pero se puede decir en general que también se necesitan dosis altas para que aparezcan efectos tóxicos graves.

    Abrazos.

  14. tomás:

    Querido amigo Miguel ängel: He echado un vistazo a Wikipedia y no creo que sea propio incluir el hierro entre los metales nobles, que se llaman así precisamente por su resistencia a combinarse, sobre todo con el reactivo más abundante el la atmósfera que es el oxígeno. Bueno, con tu padre ya habrás hablado de esto.
    Yo prefiero hablar de Wikipedia. Me parece una idea genial, pero echo en falta una crítica o corrección documentada. Hasta no hace mucho había una especie de sitio en cada artículo que permitía opinar sobre algunas características. Ahora no sale y no sé por qué. He visto varios artículos con errores evidentes. En algún caso lo he comunicado y ha sido corregido. Quizá deberíamos colaborar todos un poco porque, repito, la idea es genial, pero necesita algún filtro.

  15. Miguel Ángel:

    Pues muchas gracias por vuestro interés, queridos Neo y “tomás”. Mis obligaciones me han impedido comentar hasta hoy, no obstante he podido sacar algo de tiempo para revisar el asunto.
    Ya tenía en mente la idea de escribir a Wikipedia, pero como va a ser la primera vez, creo que puede ser una gran ayuda la experiencia de “tomás” o de otros amigos.
    Veo que coincidimos en la idea de excluir al hierro de la lista de metales nobles alegando su alta reactividad. Siguiendo el mismo razonamiento deberíamos excluir a los 5 elementos que aparecen abajo (bohrio, hassio, meitnerio, darmstadio y roentgenio) ya que son elementos sintéticos de vida media muy corta (menos de un segundo, excepto en el caso del meitnerio que es de 10 años y seguiría siendo muy corta).

    Hasta este punto no tendría problemas de cara a notificárselo a Wikipedia, pero sigo teniendo dudas con otros elementos como el renio, el rutenio, el paladio, el osmio y el mercurio. El rutenio, por ejemplo, está debajo del hierro en la tabla y es muy frecuente que aparezca en forma de tetróxido con lo cual creo que estaráimos en un caso similar al del hierro. El osmio está debajo del rutenio aunque su reactividad con el oxígeno sería algo menor que la del rutenio. El mercurio suele estudiarse no como metal noble sino junto con el zinc y el cadmio que son los que está por encima de él en la tabla.

    En definitiva, que tengo la duda de si escribirles mencionando sólo al hierro y a los cinco elementos sintéticos, o añadir alguno de los que he mencionado. Agradecería cualquier ayuda que se me pueda prestar.

    Abrazos.

  16. Miguel Ángel:

    Querido Neo:

    No aparece un mensaje que escribí ayer por la tarde sobre el asunto de los metales nobles, si se puede recuperar manualmente se lo agradecería porque, como hace tiempo que mis mensajes entran sin problemas, lo he escrito directamente sin hacer uso del borrador.

    Muchas gracias otra vez por su paciencia y dedicación.

  17. tomás:

    Querido amigo Miguel Ángel: Como el aplicar el calificativo de noble a un metal, no me parece realmente científico, -quizá pudiéramos llamarlo solo paracientífico- yo me limitaría a los metales que cumplan la condición de ser muy resistentes a la oxidación y que se encuentren en la naturaleza. Por mi parte aplicaría ese criterio a plata, oro, platino, paladio y me pregunto ¿por qué no al níquel y cromo?
    Y es que primero habría que decidir el concepto de noble para un metal y luego ver cuales lo cumplen.
    Un fuerte abrazo.

  18. tomás:

    Sigo: Si nos atenemos a los que se pueden encontrar en estado puro en la naturaleza, tras milenios de estar expuestos, habríamos de quedarnos con el cobre, plata, oro y platino. Me parece. Claro que el aluminio también crea una capa muy fina de óxido que le protege. En fin, que primero hay que establecer el criterio y luego buscar, aunque saliera el mismo oxígeno.
    Otro abrazo.

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