Las estrellas en los albores de los tiempos deben haber sido capaces de crear elementos mucho más pesados que cualquier cosa que jamás se haya encontrado de forma natural en la Tierra, o en todo el Universo en general.
Ésta es la conclusión a la que llegó un equipo de astrónomos dirigido por Ian Roederer, de la Universidad de Michigan, tras examinar 42 estrellas de la Vía Láctea, cuyas abundancias químicas sólo pueden explicarse por la producción previa de elementos con masas atómicas superiores a 260.
La mayoría de los elementos del Universo (prácticamente cualquier cosa más pesada que el hidrógeno, en realidad) han sido creados por estrellas. La primera forma en que se crean es la fusión. En el núcleo de una estrella hay básicamente un motor que junta átomos para crear elementos más pesados.
El elemento más pesado que puede producir este proceso es el hierro. La fusión del hierro en elementos más pesados requiere mucha más energía de la que genera, por lo que en ese momento la estrella se autodestruye.
Otra forma tiene que ver con esa autodestrucción. En las explosiones de supernova cuando una estrella muere y en las explosiones de kilonova donde dos estrellas de neutrones chocan entre sí, las condiciones se vuelven ideales para un rápido proceso de captura de neutrones, o proceso r.
Esto ocurre cuando hay tantos neutrones sueltos flotando que se lanzan hacia los núcleos disponibles, formando un elemento más pesado. Se necesita un entorno energético realmente extremo para que ocurra, como una supernova.
Y además sucede muy rápido, de ahí la parte “rápido” en el nombre. Se confirma que este es el proceso que produce elementos como oro, platino, torio y uranio. Pero todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre cómo se crean los elementos.
“Tenemos una idea general de cómo funciona el proceso r, pero las condiciones del proceso son bastante extremas”, Roederer explica.
“No tenemos una buena idea de cuántos tipos diferentes de sitios en el Universo pueden generar el proceso r, no sabemos cómo termina el proceso r y no podemos responder preguntas como, ¿cuántos neutrones hay? ¿puedes agregar?
“¿O qué tan pesado puede ser un elemento? Así que decidimos observar elementos que podrían formarse por fisión en algunas estrellas antiguas bien estudiadas para ver si podíamos empezar a respon der algunas de estas preguntas”.
Otra forma de saber que se pueden formar elementos es mediante fisión nuclear. Esto ocurre cuando, en lugar de fusionarse, un átomo se divide y el resultado es un elemento menos masivo.
Las composiciones químicas de las 42 estrellas de la Vía Láctea que Roederer y su equipo observaron han sido bien estudiadas y establecidas.
Las primeras estrellas del Universo estaban compuestas predominantemente de hidrógeno. Crearon elementos en sus núcleos y murieron, sembrando el espacio circundante con elementos que fueron absorbidos por generaciones posteriores de estrellas.
Se sabe que las estrellas que estudió el equipo tienen elementos producidos por el proceso r durante las explosiones de supernovas.
Pero los investigadores no buscaban elementos del proceso r. Buscaban elementos que pudieran ser productos de fisión, como rutenio, rodio, paladio y plata. Y, en lugar de mirar las estrellas individualmente, como suele ser el caso, los investigadores las examinaron en grupo.
Y encontraron un patrón. Se espera la presencia de otros elementos determinados en determinadas proporciones de abundancia si los metales que analizó el equipo fueron producidos mediante el proceso r. Esas proporciones no estaban presentes. Esto sugiere, concluyó el equipo, que los elementos en cuestión fueron producidos por fisión.
Eso significa que las primeras estrellas de donde procedieron estos metales debieron haber producido elementos mucho más pesados, mayores que una masa atómica de 260, que posteriormente se dividieron para formar elementos más ligeros y estables.
Nunca hemos observado que esos elementos ocurran naturalmente en ningún lugar. Los hemos visto en el laboratorio, pero sus vidas medias son tan cortas que se descomponen casi de inmediato.
Sin embargo, la investigación muestra que buscar sus posibles productos de fisión podría decirnos qué tan probable o común podría ser su formación en el Universo en general.
“Ese 260 es interesante porque nunca antes habíamos detectado nada tan pesado en el espacio o naturalmente en la Tierra, ni siquiera en pruebas de armas nucleares”. Roederer dice.
“Pero verlos en el espacio nos da una guía sobre cómo pensar en los modelos y la fisión, y podría darnos una idea de cómo surgió la rica diversidad de elementos”.
La investigación ha sido publicada en Ciencia.