¿De dónde viene el oro? el metal precioso codiciado por los mortales a través de los siglos, ¿viene de? Cómo, ¿Dónde y cuándo se produjo? El pasado agosto, una sola observación astrofísica finalmente nos dio la clave para responder a estas preguntas. Los resultados de esta investigación fueron publicados el 16 de octubre de 2017.

El oro preexiste a la formación de la Tierra:esto es lo que lo diferencia de, por ejemplo, diamante. Por muy valioso que sea, esta piedra preciosa nace del mero carbón, cuya estructura atómica se ve modificada por la enorme presión de la corteza terrestre. El oro es totalmente diferente:las fuerzas más fuertes del manto terrestre no pueden cambiar la composición de su núcleo atómico. Lástima para los alquimistas que soñaban con transformar el plomo en oro.

Sin embargo, hay oro en la tierra tanto en su núcleo profundo, donde ha migrado junto con elementos pesados ​​como el plomo o la plata, y en la corteza del planeta, que es de donde extraemos este precioso metal. Mientras que el oro en el núcleo ya estaba allí en la formación de nuestro planeta, que en la corteza es en su mayoría extraterrestre y llegó después de la formación de la Tierra. Lo trajo una gigantesca lluvia de meteoritos que bombardeó la Tierra (y la Luna) hace unos 3.800 millones de años.

Formación de elementos pesados.

¿Cómo se produce el oro en el universo? Los elementos más pesados ​​que el hierro, incluido el oro, son parcialmente producidos por el s proceso durante las últimas fases de evolución de las estrellas. Es un proceso lento ( s significa lento) que opera en el núcleo de lo que se conoce como estrellas AGB, aquellas de masa baja e intermedia (menos de 10 masas solares) que pueden producir elementos químicos hasta polonio. La otra mitad de los elementos pesados ​​es producida por r proceso ( r significa rápido). Pero el lugar donde tiene lugar este proceso de nucleosíntesis ha sido un misterio durante mucho tiempo.

Para comprender el descubrimiento habilitado por el 17 de agosto, 2017, observación, necesitamos entender el científico status quo que existía de antemano. Durante unos 50 años, El supuesto dominante entre la comunidad científica era que el r El proceso tuvo lugar durante la explosión final de estrellas masivas (los especialistas hablan de una supernova de colapso del núcleo). En efecto, La formación de elementos ligeros (hasta el hierro) implica reacciones nucleares que aseguran la estabilidad de las estrellas contrarrestando la contracción inducida por la gravedad. Para elementos más pesados, los del hierro y más allá, es necesario agregar energía o tomar caminos muy específicos, tales como el s y r Procesos. Los investigadores creían que el r El proceso podría ocurrir en la materia expulsada de la explosión de estrellas masivas, capturando una parte de la energía liberada y participando en la difusión de material en el medio interestelar.

A pesar de la sencillez de esta explicación, El modelado numérico de supernovas ha resultado extremadamente complicado. Después de 50 años de esfuerzos, los investigadores apenas han comenzado a comprender su mecanismo. La mayoría de estas simulaciones, lamentablemente, no proporcionan las condiciones físicas para el r proceso.

Sin embargo, estas condiciones son bastante simples:necesitas muchos neutrones y un ambiente realmente cálido.

Fusión de estrellas de neutrones

En la última década más o menos, algunos investigadores han comenzado a investigar seriamente un escenario alternativo del sitio de producción de elementos pesados. Centraron su atención en las estrellas de neutrones. Como corresponde a su nombre, constituyen una gigantesca reserva de neutrones, que se lanzan ocasionalmente. El más fuerte de estos lanzamientos ocurre durante su fusión, en un sistema binario, también llamado kilonova. Hay varias firmas de este fenómeno que afortunadamente se vieron el 17 de agosto:una emisión de ondas gravitacionales que culminó una fracción de segundo antes de la fusión final de las estrellas y una explosión de luz altamente energética (conocida como explosión de rayos gamma) emitida. por un chorro de materia que se acerca a la velocidad de la luz. Aunque estos estallidos se han observado con regularidad durante varias décadas, Solo desde 2015 se han detectado ondas gravitacionales en la Tierra gracias a los interferómetros Virgo y LIGO.

El 17 de agosto seguirá siendo una fecha importante para la comunidad científica. En efecto, marca la primera detección simultánea de la llegada de ondas gravitacionales, cuyo origen en el cielo estaba bastante bien identificado, y un estallido de rayos gamma, cuyo origen también estaba bastante bien localizado y coincidía con el primero. Las emisiones de ráfagas de rayos gamma se concentran en un cono estrecho, y el golpe de suerte de los astrónomos fue que éste se emitió en dirección a la Tierra.

En los próximos días, Los telescopios analizaron continuamente la luz de esta kilonova y encontraron la confirmación de la producción de elementos más pesados ​​que el hierro. También pudieron estimar la frecuencia del fenómeno y la cantidad de material expulsado. Estas estimaciones son consistentes con la abundancia promedio de los elementos observados en nuestra galaxia.

En una sola observación, la hipótesis que prevaleció hasta ahora - de un r proceso que ocurre exclusivamente durante las supernovas - está ahora seriamente cuestionado y ahora es seguro que el r El proceso también tiene lugar en kilonovas. La contribución respectiva de las supernovas y las kilonovas para la nucleosíntesis de los elementos pesados ​​aún no se ha determinado. y se hará con la acumulación de datos relacionados con las próximas observaciones. La observación del 17 de agosto por sí sola ya ha permitido un gran avance científico para la comprensión global del origen de los elementos pesados, incluido el oro.

Una nueva ventana al universo

Se acaba de abrir una nueva ventana al universo, como el día en que Galileo enfocó el primer telescopio hacia el cielo. Los interferómetros Virgo y LIGO ahora permiten "escuchar" los fenómenos más violentos del universo, e inmensas perspectivas se han abierto para los astrónomos, astrofísicos, físicos de partículas y físicos nucleares. Este logro científico solo fue posible gracias a la fructífera colaboración entre naciones altamente solidarias, en particular los Estados Unidos, Alemania, Francia e Italia. Como ejemplo, solo hay un laboratorio en el mundo capaz de alcanzar la precisión requerida para los espejos que reflejan los láseres, LMA en Lyon, Francia. Se están desarrollando nuevos interferómetros en Japón e India, y esta lista seguramente pronto se hará más larga dados los grandes descubrimientos que se esperan para el futuro.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.