NeoFronteras

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.

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.

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