Una tabla periódica de nueva apariencia por las estrellas de neutrones

Publicado en 'Ciencias' por º_Bruno_º, 15 Set 2020.





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    La Tabla Periódica, que muestra los elementos naturales hasta el uranio. El sombreado indica el origen estelar. - C.KOBAYASHI 2020

    MADRID, 15 Sep. (EUROPA PRESS) -

    Las colisiones de estrellas de neutrones no crean la cantidad de elementos químicos que se suponía hasta ahora, según ha descubierto un nuevo análisis de la evolución de las galaxias.

    También revela que los modelos actuales no pueden explicar la cantidad de oro en el cosmos, lo que despierta un misterio astronómico.

    El trabajo, publicado en Astrophysical Journal, ha producido una tabla periódica de nueva apariencia, que muestra los orígenes estelares de elementos naturales desde el carbono hasta el uranio.

    Todo el hidrógeno del Universo, incluidas todas sus moléculas en la Tierra, fue creado por el Big Bang, que también produjo mucho helio y litio, pero no mucho más.

    El resto de los elementos naturales están hechos a partir de diferentes procesos nucleares que ocurren dentro de las estrellas. La masa gobierna exactamente qué elementos se forjan, pero todos se liberan en las galaxias en los momentos finales de cada estrella, explosivamente en el caso de las realmente grandes, o como salidas densas, similares al viento solar, para las de la misma clase que el Sol.

    "Podemos pensar en las estrellas como ollas a presión gigantes donde se crean nuevos elementos", explica el coautor, profesor asociado Karakas, del Centro de Excelencia ARC de Australia para la Astrofísica del Cielo en 3 Dimensiones (ASTRO 3D).

    "Las reacciones que producen estos elementos también proporcionan la energía que mantiene a las estrellas brillando durante miles de millones de años. A medida que las estrellas envejecen, producen elementos cada vez más pesados a medida que su interior se calienta", añade.

    Se pensaba que la mitad de todos los elementos que son más pesados ??que el hierro, como el torio y el uranio, se formaron cuando las estrellas de neutrones, los restos superdensos de soles quemados, chocaron entre sí. Las colisiones de estrellas de neutrones, teorizadas durante mucho tiempo, no se confirmaron hasta 2017.

    Ahora, sin embargo, un nuevo análisis de Karakas y sus compañeros astrónomos Chiaki Kobayashi y Maria Lugaro revela que el papel de las estrellas de neutrones puede haber sido considerablemente sobrestimado, y que otro proceso estelar en conjunto es responsable de producir la mayoría de los elementos pesados.

    "Las fusiones de estrellas de neutrones no produjeron suficientes elementos pesados en la vida temprana del Universo, y todavía no lo hacen ahora, 14.000 millones de años después --añade Karakas--. El Universo no los hizo lo suficientemente rápidos para dar cuenta de su presencia en estrellas muy antiguas y, en general, simplemente no hay suficientes colisiones para explicar la abundancia de estos elementos en la actualidad".

    En cambio, los investigadores encontraron que los elementos pesados ?debían ser creados por un tipo completamente diferente de fenómeno estelar: supernovas inusuales que colapsan mientras giran muy rápido y generan fuertes campos magnéticos.

    El hallazgo es uno de los varios que surgen de su investigación, que acaba de ser publicada en el 'Astrophysical Journal'. En este estudio es la primera vez que los orígenes estelares de todos los elementos naturales, desde el carbono hasta el uranio, se han calculado a partir de los primeros principios.

    El nuevo modelo, dicen los investigadores, cambiará sustancialmente el modelo actualmente aceptado de cómo evolucionó el universo. "Por ejemplo, construimos este nuevo modelo para explicar todos los elementos a la vez y encontramos suficiente plata pero no suficiente oro", señala el coautor, profesor asociado Kobayashi, de la Universidad de Hertfordshire, en el Reino Unido.

    "La plata se produce en exceso, pero el oro se produce menos en el modelo en comparación con las observaciones. Esto significa que es posible que debamos identificar un nuevo tipo de explosión estelar o reacción nuclear", añade.

    El estudio refina estudios previos que calculan los roles relativos de la masa, la edad y la disposición de las estrellas en la producción de elementos. Por ejemplo, los investigadores establecieron que las estrellas más pequeñas que unas ocho veces la masa del Sol producen carbono, nitrógeno y flúor, así como la mitad de todos los elementos más pesados que el hierro.

    Las estrellas masivas de aproximadamente ocho veces la masa del Sol que también explotan como supernovas al final de sus vidas, producen muchos de los elementos desde el carbono hasta el hierro, incluida la mayor parte del oxígeno y el calcio necesarios para la vida.

    "Aparte del hidrógeno, no existe un elemento único que pueda estar formado por un solo tipo de estrella --explica Kobayashi--. La mitad del carbono se produce a partir de estrellas moribundas de baja masa, pero la otra mitad proviene de supernovas. Y la mitad del hierro proviene de supernovas normales de estrellas masivas, pero la otra mitad necesita otra forma, conocida como supernovas de Tipo Ia. Estas se producen en sistemas binarios de estrellas de baja masa".

    Por el contrario, pares de estrellas masivas unidas por la gravedad pueden transformarse en estrellas de neutrones. Cuando estos chocan entre sí, el impacto produce algunos de los elementos más pesados que se encuentran en la naturaleza, incluido el oro.

    En el nuevo modelo, sin embargo, los números simplemente no cuadran. "Incluso las estimaciones más optimistas de la frecuencia de colisión de estrellas de neutrones simplemente no pueden explicar la gran abundancia de estos elementos en el Universo --asegura Karakas--. Esto fue una sorpresa. Parece que las supernovas giratorias con fuertes campos magnéticos son la fuente real de la mayoría de estos elementos".

    La coautora, la doctora Maria Lugaro, que ocupa puestos en el Observatorio Konkoly de Hungría y en la Universidad Monash de Australia, cree que el misterio del oro perdido podría resolverse muy pronto. "Se esperan nuevos descubrimientos de las instalaciones nucleares de todo el mundo, incluidos Europa, Estados Unidos y Japón, que actualmente apuntan a núcleos raros asociados con fusiones de estrellas de neutrones", añade.

    "Se desconocen las propiedades de estos núcleos, pero controlan en gran medida la producción de la abundancia de elementos pesados --prosigue--. El problema astrofísico del oro perdido puede ser resuelto por un experimento de física nuclear".

    Los investigadores admiten que la investigación futura podría encontrar que las colisiones de estrellas de neutrones son más frecuentes de lo que sugiere la evidencia hasta ahora, en cuyo caso su contribución a los elementos que componen todo, desde las pantallas de los teléfonos móviles hasta el combustible de los reactores nucleares, podría revisarse nuevamente al alza.

    Europa Press, Phys.org