Dos estrellas de neutrones se unieron y sacudieron el universo, desencadenando una explosión épica llamada "kilonova" que escupió gran cantidad de material ultradenso y ultracaliente al espacio. Ahora, los astrónomos han reportado la evidencia más concluyente hasta el momento de que después de esa explosión se formó un elemento de eslabón perdido que podría ayudar a explicar algo de la química confusa del universo.
Cuando ese temblor, ondas en la estructura misma del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales, llegó a la Tierra en 2017, activó detectores de ondas gravitacionales y se convirtió en la primera colisión de estrellas de neutrones detectada Inmediatamente, los telescopios de todo el mundo giraron para estudia la luz de la kilonova resultante. Ahora, los datos de esos telescopios han revelado una fuerte evidencia de que el estroncio gira en la materia expulsada, un elemento pesado con una historia cósmica que fue difícil de explicar dado todo lo que los astrónomos saben sobre el universo.
La tierra y el espacio están llenos de elementos químicos de diferentes tipos. Algunos son fáciles de explicar; El hidrógeno, compuesto en su forma más simple de un solo protón, existió poco después del Big Bang cuando comenzaron a formarse partículas subatómicas. El helio, con dos protones, también es bastante fácil de explicar. Nuestro sol lo produce todo el tiempo, rompiendo átomos de hidrógeno a través de la fusión nuclear en su barriga caliente y densa. Pero elementos más pesados como el estroncio son más difíciles de explicar. Durante mucho tiempo, los físicos pensaron que estos elementos pesados se formaron principalmente durante las supernovas, como la kilonova pero a menor escala y como resultado de la explosión de estrellas masivas al final de sus vidas. Pero queda claro que las supernovas por sí solas no pueden explicar cuántos elementos pesados hay en el universo.
El estroncio que aparece después de esta primera colisión de estrella de neutrones detectada podría ayudar a confirmar una teoría alternativa, que estas colisiones entre objetos ultradensos mucho más pequeños realmente producen la mayoría de los elementos pesados que encontramos en la Tierra.
La física no necesita supernovas o fusiones de estrellas de neutrones para explicar cada átomo grueso alrededor. Nuestro sol es relativamente joven y ligero, por lo que fusiona principalmente hidrógeno en helio. Pero las estrellas más grandes y antiguas pueden fusionar elementos tan pesados como el hierro con sus 26 protones, según la NASA. Sin embargo, ninguna estrella se calienta o es lo suficientemente densa antes de los últimos momentos de su vida como para producir elementos entre el cobalto de 27 protones y el uranio de 92 protones.
Y, sin embargo, encontramos elementos más pesados en la Tierra todo el tiempo, como lo señalaron un par de físicos en un artículo de 2018 publicado en la revista Nature. Así, el misterio.
Aproximadamente la mitad de esos elementos extrapesados, incluido el estroncio, se forman a través de un proceso llamado "captura rápida de neutrones" o el "proceso r", una serie de reacciones nucleares que se producen en condiciones extremas y pueden formar átomos con núcleos densos cargados con protones y neutrones. Pero los científicos aún no han descubierto qué sistemas en el universo son lo suficientemente extremos como para producir el gran volumen de elementos de proceso r que se ven en nuestro mundo.
Algunos habían sugerido que las supernovas eran las culpables. "Hasta hace poco, los astrofísicos afirmaban con cautela que los isótopos formados en los eventos del proceso r se originaron principalmente a partir de supernovas de colapso del núcleo", escribieron los autores de Nature en 2018.
Así es como funcionaría esa idea de supernova: las estrellas que se detienen y detonan crean temperaturas y presiones más allá de lo que produjeron en la vida, y escupen materiales complejos en el universo en breves y violentos destellos. Es parte de la historia que Carl Sagan contaba en la década de 1980, cuando dijo que todos estamos hechos de "material estrella".
El trabajo teórico reciente, según los autores de ese artículo de Nature de 2018, ha demostrado que las supernovas podrían no producir suficientes materiales de proceso r para explicar su preponderancia en el universo.
Entran las estrellas de neutrones. Los cadáveres superdensos que quedaron después de algunas supernovas (superadas solo por los agujeros negros en masa por pulgada cúbica) son pequeños en términos estelares, de tamaño similar a las ciudades estadounidenses. Pero pueden superar a las estrellas de tamaño completo. Cuando se golpean juntas, las explosiones resultantes sacuden la tela del espacio-tiempo más intensamente que cualquier otro evento que no sea colisionar agujeros negros.
Y en esas furiosas fusiones, los astrónomos han comenzado a sospechar que se podrían formar suficientes elementos del proceso r para explicar sus números.
Los primeros estudios de la luz de la colisión de 2017 sugirieron que esta teoría era correcta. Los astrónomos vieron evidencia de oro y uranio en la forma en que la luz se filtró a través del material de la explosión, como informó Live Science en ese momento, pero los datos aún eran confusos.
Un nuevo artículo publicado ayer (23 de octubre) en la revista Nature ofrece la confirmación más firme hasta el momento de esos primeros informes.
"En realidad se nos ocurrió la idea de que podríamos estar viendo el estroncio bastante rápido después del evento. Sin embargo, demostrar que este fue el caso resultó ser muy difícil", dijo el autor del estudio, Jonatan Selsing, astrónomo de la Universidad de Copenhague, dijo en un comunicado.
Los astrónomos no estaban seguros en ese momento exactamente cómo se verían los elementos pesados en el espacio. Pero han vuelto a analizar los datos de 2017. Y esta vez, dado más tiempo para trabajar en el problema, encontraron una "característica fuerte" a la luz que provenía de la kilonova que apunta directamente al estroncio: una firma del proceso r y evidencia de que otros elementos probablemente se formaron allí como bueno, escribieron en su periódico.
Con el tiempo, es probable que parte del material de esa kilonova llegue a la galaxia y tal vez se convierta en parte de otras estrellas o planetas, dijeron. Tal vez, eventualmente, lleve a los futuros físicos alienígenas a mirar hacia el cielo y preguntarse de dónde provienen todas estas cosas pesadas en su mundo.
