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Bombas nucleares similares a las bombas diseñadas por los humanos podrían estar esperando a explotar en el interior de los núcleos de algunas estrellas muertas.

Un nuevo estudio teórico analiza cómo ciertos cadáveres estelares, conocidos como enanas blancas, podrían acumular una masa crítica de uranio que desencadenara una explosión masiva de supernova.

El hallazgo podría arrojar luz sobre los procesos de destrucción de las enanas blancas, responsables de la creación de parte de los elementos pesados, como el hierro y el níquel. Las supernovas de tipo Ia pueden explotar como supernovas y se supone que se generan cuando las enanas blancas toman materia de una estrella compañera, pero quizás haya otros procesos de supernovas ligados a enanas blancas.

Las explosiones de supernova de tipo Ia iluminan su entorno con una luminosidad de cinco mil millones de soles y los astrónomos las han utilizado como «candelas estándar» para medir grandes distancias a través del cosmos. Pero tales explosiones aún no se comprenden del todo y el nuevo estudio podría explicar ciertas observaciones anormalmente confusas de este tipo de supernovas.

Al final de su vida, las estrellas de baja masa, como nuestro Sol y de hasta 10 veces más pesadas, se inflan en forma de gigantes rojas y pierden sus capas externas. Esto deja un núcleo del tamaño de la Tierra compuesto casi en su totalidad por núcleos atómicos desnudos y electrones libres.

Ciertas propiedades mecánicas cuánticas de los electrones, como el principio de exclusión, evitan que se aprieten aún más esas partículas, lo que les permite mantener una alta densidad sin transformarse en estrellas de neutrones o agujeros negros. Este objeto remanente, llamado enana blanca, comienza a enfriarse y finalmente se congela en un cristal sólido gigantesco durante miles de millones de años.

Los elementos más pesados se congelan primero y se depositan en el centro de la estrella muerta. Eso hizo que el físico teórico Matt Caplan de la Universidad Estatal de Illinois y sus colaboradores se preguntaran si el uranio, uno de los elementos más pesados de la tabla periódica, podría acumularse dentro de una enana blanca.

El uranio-235, un isótopo raro del elemento, puede dividirse espontáneamente, liberando neutrones y energía. Esa es la razón de que se use en bombas nucleares. Si se alcanza cierta masa crítica de este isótopo, los neutrones golpean otros núcleos de uranio-235 en una reacción en cadena que conduce a una explosión de fisión, como en la primera bomba atómica fabricada por el ser humano.

«Es una idea loca», admite Caplan. «Fue un grupo de físicos teóricos aburridos durante la pandemia pensando en este extraño problema».

Las enanas blancas son principalmente carbono y oxígeno y solo una mera parte por billón es uranio. Sin embargo, Caplan y su coautor, el astrofísico nuclear Chuck Horowitz (Universidad de Indiana), han calculado que pequeños granos que contienen uranio, torio y plomo podrían precipitarse en los primeros cientos de millones de años cuando una enana blanca se enfría.

Las concentraciones de uranio-235 dentro de estos cristales serían alarmantemente altas. «De repente, en lugar de ser uno en un billón de núcleos, tienes uno en diez», dice Caplan. «Y eso significa que podrías tener una bomba».

Si el uranio alguna vez alcanzara la masa crítica, explotaría espontáneamente y encendería las reservas acumuladas de carbono y oxígeno de la enana blanca, lo que provocaría una explosión de supernova cataclísmica. Si nos fijamos, es un proceso que recuerda a las bombas termonucleares construidas por los humanos, en las que una bomba de fisión de uranio hace de cebador de una bomba de fusión más potente. El artículo con estos resultados ha sido aceptado para su publicación en Physical Review Letters.

Por ahora se trata de una hipótesis que necesita ser comprobada. Caplan espera que otros investigadores puedan probarla con simulaciones computacionales de supernovas. Aún así, este estudio también podría dar pistas a los astrónomos sobre cómo detectar tales paroxismos.

De todos modos, no se sabe mucho sobre la composición interna de las enanas blancas, por lo que no está claro si contienen suficiente uranio-235 para desencadenar una explosión.

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Fuentes y referencias:
Preprint en ArXiv.
Foto: NASA.