Después de su “nacimiento” en el Big Bang, el Universo estaba formado principalmente por hidrógeno y algunos átomos de helio. Estos son los elementos más ligeros de la tabla periódica.
Más o menos todos los elementos más pesados que el helio se produjeron en los 13.800 millones de años transcurridos entre el Big Bang y la actualidad.
Las estrellas han producido muchos de estos elementos más pesados mediante el proceso de fusión nuclear. Sin embargo, esto sólo hace que los elementos sean tan pesados como el hierro. La creación de elementos más pesados consumiría energía en lugar de liberarla.
Para explicar la presencia actual de estos elementos más pesados, es necesario encontrar fenómenos que puedan producirlos.
Un tipo de evento que encaja a la perfección es un explosión de ra yos gamma (GRB)
Los GRB se pueden subdividir en dos categorías: ráfagas largas y ráfagas cortas. Los GRB largos están asociados con la muerte de estrellas masivas y de rápida rotación. Según esta teoría, la rápida rotación libera material expulsado durante el colapso de una estrella masiva en chorros estrechos que se mueven a velocidades extremadamente rápidas.
Las ráfagas cortas duran sólo unos segundos. Se cree que son causados por la colisión de dos estrellas de neutrones, estrellas “muertas” compactas y densas.
En agosto de 2017, un evento importante ayudó a respaldar esta teoría. liga y Virgodos detectores de ondas gravitacionales en EE. UU., descubrieron un Señal que parecía provenir de dos estrellas de neutrones. acercándose a una colisión.
Unos segundos más tarde, se detectó una breve explosión de rayos gamma, conocida como GRB 100817A, procedente de la misma dirección en el cielo. Durante algunas semanas, prácticamente todos los telescopios del planeta apuntaron a este evento en un esfuerzo sin precedentes por estudiar sus consecuencias.
Las observaciones revelaron una kilonova en la ubicación de GRB 170817A. Una kilonova es una prima más débil de una explosión de supernova. Más interesante aún, hubo evidencia de que Durante la explosión se produjeron muchos elementos pesados..
Los autores de un estudio en Naturaleza Los investigadores que analizaron la explosión mostraron que esta kilonova parecía producir dos categorías diferentes de escombros o eyecciones. Uno estaba compuesto principalmente por elementos ligeros, mientras que otro estaba formado por elementos pesados.
Ya hemos mencionado que la fusión nuclear sólo puede producir elementos tan pesados como el hierro en la tabla periódica. Pero hay otro proceso que podría explicar cómo la kilonova pudo producir otras aún más pesadas.
Proceso rápido de captura de neutrones, o proceso r, es donde los núcleos (o núcleos) de elementos más pesados, como el hierro, capturan muchas partículas de neutrones en poco tiempo. Luego crecen rápidamente en masa, produciendo elementos mucho más pesados.
Sin embargo, para que el proceso r funcione, se necesitan las condiciones adecuadas: alta densidad, alta temperatura y una gran cantidad de neutrones libres disponibles. Los estallidos de rayos gamma proporcionan estas condiciones necesarias.
Sin embargo, las fusiones de dos estrellas de neutrones, como la que provocó la kilonova GRB 170817A, son eventos muy raros. De hecho, pueden ser tan raros que los conviertan en una fuente poco probable de los abundantes elementos pesados que tenemos en el Universo. Pero ¿qué pasa con los GRB largos?
Un estudio reciente investigó un estallido largo de rayos gamma en particular, GRB 221009. Esto ha sido apodado el BARCO – el más brillante de todos los tiempos. Este GRB fue captado como un pulso de intensa radiación que recorrió el Sistema Solar el 9 de octubre de 2022.
El BOAT desató una campaña de observación astronómica similar a la de la kilonova. Este GRB era 10 veces más energético que el poseedor del récord anterior, y tan cerca de nosotros que su influencia en la atmósfera terrestre era mensurable sobre el terreno y comparable a una gran tormenta solar.
Entre los telescopios que estudiaron las consecuencias del BOAT se encontraba el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Observó el GRB unos seis meses después de su explosión, para no quedar cegado por el resplandor de la explosión inicial.
Los datos recopilados por JWST mostraron que, a pesar del extraordinario brillo del evento, fue causado por una explosión de supernova simplemente promedio.
De hecho, observaciones previas de otros GRB largos indicaron que no existe correlación entre el brillo del GRB y el tamaño de la explosión de supernova asociada a él. El BARCO no parece una excepción.
El equipo del JWST también dedujo la cantidad de elementos pesados producidos durante la explosión del BOAT. No encontraron indicios de elementos producidos por el proceso r. Esto es sorprendente ya que, en teoría, se cree que el brillo de un GRB largo está asociado con las condiciones de su núcleo, muy probablemente un agujero negro.
Para eventos muy brillantes, especialmente uno tan extremo como BOAT, las condiciones deberían ser las adecuadas para que se produzca el proceso r.
Estos hallazgos sugieren que los estallidos de rayos gamma pueden no ser la fuente crucial esperada de elementos pesados del Universo. En cambio, debe haber una fuente o fuentes todavía disponibles.
Robert BroseProfesor asistente en la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad de la Ciudad de Dublín (DCU), Universidad de la ciudad de Dublín
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