El Universo puede tener más formas de forjar elementos pesados de lo que pensamos.
La creación de metales como el oro, la plata, el torio y el uranio requiere condiciones energéticas, como una explosión de supernova o una colisión entre estrellas de neutrones.
Sin embargo, un nuevo artículo muestra que estos elementos podrían formarse en el caos arremolinado que rodea a un agujero negro recién nacido activo mientras traga el polvo y el gas del espacio que lo rodea.
En estos entornos extremos, la alta tasa de emisión de neutrinos debería facilitar la conversión de protones en neutrones, lo que resulta en un exceso de estos últimos, necesarios para el proceso que produce elementos pesados.
“En nuestro estudio, investigamos sistemáticamente por primera vez las tasas de conversión de neutrones y protones para un gran número de configuraciones de disco mediante elaboradas simulaciones por computadora, y encontramos que los discos son muy ricos en neutrones siempre que se cumplan ciertas condiciones. reunió,” dijo el astrofísico Oliver Just
Al principio, después del Big Bang, no había muchos elementos flotando. Hasta que las estrellas nacieron y comenzaron a aplastar núcleos atómicos en sus núcleos, el Universo era una sopa de principalmente hidrógeno y helio.
La fusión nuclear estelar impregnó el cosmos de elementos más pesados, desde el carbono hasta el hierro para las estrellas más masivas, sembradas en el espacio cuando la estrella muere.
Pero el hierro es donde la fusión del núcleo tiene problemas. El calor y la energía necesarios para producir hierro a través de la fusión exceden la energía que genera el proceso, lo que hace que la temperatura del núcleo baje, lo que a su vez hace que la estrella muera en un espectacular kaboom: la supernova.
Es ese espectacular kaboom (y los kabooms de estrellas de neutrones en colisión) donde se fusionan los elementos más pesados. Las explosiones son tan enérgicas que los átomos, al chocar con la fuerza, pueden capturar neutrones entre sí.
Esto se denomina proceso de captura rápida de neutrones o proceso r; debe suceder muy rápido, de modo que la desintegración radiactiva no tenga tiempo de ocurrir antes de que se agreguen más neutrones al núcleo.
No está claro si existen otros escenarios en los que el proceso r puede tener lugar, pero los agujeros negros recién nacidos son un candidato prometedor. Es decir, cuando dos estrellas de neutrones se fusionan y su masa combinada es suficiente para inclinar el objeto recién formado a la categoría de agujero negro.
Los colapsos son otra posibilidad: el colapso gravitacional del núcleo de una estrella masiva en un agujero negro de masa estelar.
En ambos casos, se cree que el agujero negro bebé está rodeado por un anillo de material denso y caliente, que gira alrededor del agujero negro y se alimenta en él, como agua por un desagüe. En estos entornos, los neutrinos se emiten en abundancia, y los astrónomos han planteado durante mucho tiempo la hipótesis de que, como resultado, podría estar ocurriendo una nucleosíntesis de captura r.
Just y sus colegas llevaron a cabo un extenso conjunto de simulaciones para determinar si este es realmente el caso. Variaron la masa y el giro del agujero negro, y la masa del material a su alrededor, así como el efecto de diferentes parámetros sobre los neutrinos. Descubrieron que, si las condiciones son las adecuadas, la nucleosíntesis del proceso r puede tener lugar en estos entornos.
“El factor decisivo es la masa total del disco”, Sólo dije.
“Cuanto más masivo es el disco, más a menudo se forman neutrones a partir de protones mediante la captura de electrones bajo emisión de neutrinos, y están disponibles para la síntesis de elementos pesados mediante el proceso r.
“Sin embargo, si la masa del disco es demasiado alta, la reacción inversa juega un papel más importante, de modo que los neutrones recapturan más neutrinos antes de que abandonen el disco. Estos neutrones luego se convierten de nuevo en protones, lo que dificulta el proceso r”. “
Este punto óptimo en el que se producen de forma más prolífica los elementos pesados es una masa de disco entre el 1 y el 10 por ciento de la masa del Sol. Esto significa que las fusiones de estrellas de neutrones con masas de discos en este rango podrían ser fábricas de elementos pesados. Dado que se desconoce qué tan comunes son los discos colapsados, el jurado aún está deliberando sobre los colapsos, dijeron los investigadores.
El siguiente paso será determinar cómo se puede utilizar la luz emitida por la colisión de una estrella de neutrones para calcular la masa de su disco de acreción.
“Estos datos son actualmente insuficientes. Pero con la próxima generación de aceleradores, como el Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), será posible medirlos con una precisión sin precedentes en el futuro”, agregó. dijo el astrofísico Andreas Bauswein del Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados.
“La interacción bien coordinada de modelos teóricos, experimentos y observaciones astronómicas nos permitirá a los investigadores en los próximos años probar las fusiones de estrellas de neutrones como el origen de los elementos del proceso r”.
La investigación ha sido publicada en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
.